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Abschlußbericht zum Modellversuch - artecLab

1. Wahlkurs Gestaltung u Programmierung Aufbaukurs Il Nutzung von Hypermedia Abb 2 1 Kurs bersicht 2 4 Literatur Bremisches Lehrerausbildungsgesetz Gesetz ber die Ausbildung f r das Lehramt an ffentlichen Schulen im Lande Bremen Bremisches Leh rerausbildungsgesetz vom 2 Juli 1974 269 F Wilhelm Bruns 1 Forschungsperspektiven und Handlungsempfehlun gen aus dem Modellversuch HYSIM Im folgenden sollen einige Ergebnisse und Schlu folgerungen des Mo dellversuchs Hypermediagestiitzte Simulationssysteme f r berufliche Schulen zusammengefa t werden Ziel des Projektes war die experimen telle Analyse der M glichkeiten und Grenzen des Einsatzes hypermediage st tzter Simulationssysteme in der beruflichen Bildung f r den gewerblich technischen Bereich Die Analyse sollte an einem zu konzipierenden und prototypisch zu enwickelnden Baukasten zur Mehrebenensimulation und dessen unterrichtlicher Erprobung projektbegleitend durchgef hrt werden und im Sinne der Aktionsforschung schon w hrend des Projektablaufes in die Realisierung des Baukastens einflie en ber das besondere methodi sche Vorgehen bei diesem Ansatz ist bereits an anderer Stelle in diesem Band berichtet worden vgl Kap I u III Ich m chte mich deshalb auf die Zusammenfassung der Ergebnisse in Form von Produkten Erfahrungen Erkenntnissen und Perspektiven beschr nken 1 1 Ergebnisse des Modellversuchs 1 1
2. cccceesseceeessseceeeseneeeeeseeeees 146 Abb 4 3 Interaklives Puzzle 147 Abb 5 1 Benutzungsoberfl che eines Navigationsrahmens 150 Abb 5 2 Schematisches Bildschirm Layout des Navigationsrahmens 151 341 Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb 5 3 5 4 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 PREVA CTO Tilo ov ieee yeas Osea ws cca tv ahs ad da eas Darstellung eines Planungsb ros usseenseeeennn Darstellung eines Konstruktionsb ros ee Fl ssigkeitsstr mungen in einer Zahnradpumpe Dynamische Visualisierung einer Evolventenverzahnung Drahtmodell Zahnradpumpe sneennennnnn Montage einer Zahnradpumpe ccccseccceeeseeceeenteceeeneaees Dynamisches Verhalten einer Kurbelschleife Studien zu filmischen Elementen in der rechnergest tzten Abb 6 7 Studien zu filmischen Elementen in der rechnergest tzten 7 1 7 2 VI PRM AU OTN erene ae e A E eine Abb Abb Videosequenzen von Zerspanungsprozessen eeeene Ideenskizze zur Mehrebenensimulation ee Mehrebenensim lator res UNTERRICHTSEINHEITEN UND UNTERRICHTSBEISPIELE Tab 1 1 Erprobte Lernsoftware Unterrichtseinheiten Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb 2 1
3. 1 2 Zur Lernf rderlichkeit von hypermediabasierten Simulatoren In den durchgef hrten Praxisstudien wurde intensiv der Frage nachgegan gen inwieweit durch den experimentellen Umgang mit hypermediage st tzten Simulationswerkzeugen im Unterricht kognitive Lernprozesse be g nstigt werden Aufbau Unterst tzung orientierung und handlungs leitender kognitiver Strukturen In den verschiedenen durchgef hrten Unterrichtsprojekten best tigte sich tendenziell unsere Vermutung da rechnergest tzte Simulatoren zum bes seren Verst ndnis und zur besseren Beherrschung realer Systeme und Pro zesse einen Beitrag leisten K nnen Die Verbesserung der Anschaulichkeit komplexer Zusammenh nge mit Hilfe hypermedialer Simulationssysteme l t sich kurz gesagt auf folgende Faktoren zur ckf hren e Reduzierung von Merkmals und Bedienungskomplexit t sowie Ak zentuierung wichtiger Lerninhalte durch den Einsatz von didaktisch transformierten Modellen e Verst ndigungsf rdernde Wirkung von grafischen Visualisierungen Animationen und Simulationen 1 Vgl hierzu z B die Reihe Multimediales Lernen in der Berufsbildung des Bun desinstituts f r Berufsbildung Berlin BIBB Hrsg Blume D u a 249 e Visualisierung von verborgenen Funktionsprinzipien Wirkungszu sammh ngen und Prozessen e Verlangsamung dynamischer Prozesse durch Simulationen sowie e Risikolose Experimentierm glichkeiten durch die Nutzung virtueller rechnerbasie
4. zessen u Arbeitsstrukturen Fertigung Montage Konfi guration von Anlagen Pro grammierung u Kontrolle von Prozessen Diagnose von Fehlerzust nden usw Fertigung Montage Konfi guration Reparatur Pro grammierung von Kompo nenten Baugruppen usw Montage Konfiguration Re paratur von Bauelementen usw Technische naturwiss Ex perimente usw Tabelle 1 1 Mehrebenensimulation 89 Werkzeuge Hilfsmittel Fabriksimulato ren Rollenspiele usw Proze simulato ren Fertigungs simulatoren usw Montagesimula toren Kinematik simulatoren usw Modellbildungs systeme usw Modellbildungs systeme usw 1 3 Beispiele hypermediagestutzter Mehrebenen simulation In Kapitel VI dieses Berichts werden hypermediale Simulationssysteme die im Modellversuch HYSIM entstanden sind beschrieben und evaluiert Exemplarisch sollen aus dieser Palette zwei Projekte herausgegriffen wer den an denen sich Elemente hypermediagestiitzter Mehrebenensimulation sehr plastisch zeigen lassen Es handelt sich zum einen um die Lern und Simulationssoftware Selbsthalteschaltungen in der Elektropneumatik vgl Sch fer Kap VI 4 zum anderen um das Hypermediasystem Seri elle Schnittstelle vgl Eblinger Tussinger Kap VI 2 1 3 1 Simulationssoftware Selbsthalteschaltungen in der Elektropneumatik Mit dieser hypermediabasierten Simulation k nnen Selbsthalteschaltungen mit Rollentastern bzw mit Reed Senso
5. Bemerkungen Die An mation wurde mit Hilfe von 3D Studio V3 0 erstellt F r die Modellerung der einzelnen Objekte dienten AutoCAD Dateien als Vorlage In weiteren Bearbeitungsschritten wurden die zweidimensionalen technischen Zeichnungen in dreidimensionale Objekten transformiert und anschlie end animiert Die eigentliche Animation ist in Autodesk s FLC Format generiert worden und umfa t insgesamt 472 Frames in einer Aufl sung von 400 300 Punkten Hardwarewngebung Betriebssysteme PC 386 8 MB Hauptspeicher DOS MS Windows Unter DOS wird ein entsprechendes Player Programm f r FLC Files ben tigt Unter Windows m ssen die entsprechenden An mations Treiber oder ein Player installiert sein D M ller 19 9 1996 HYSIM Home Softwareliste HYSIM Tj Document Done u 4 312 Anhang 4 Netscape HYSIM Zahnradpumpe Flussigkeitsstromungen File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help H SIM Home Softwareliste Programmname Fl ssigkeitsstr mungen in einer Zahnradpumpe Autor Eckhard Meter Uni Bremen Programmversionen Vers 1 Dateitransfer Die Originaldatei umfa t 688 KB die dazugeh rige ZIP Datei 275 KB ZIP Datei vom Server laden Kurzbeschreibung Mit dieser Animation wird veranschaulicht auf welche Weise mit einer Zahnradpumpe eine Fl ssigkeit transportiert wird Es wird gezeigt wie die Fl ssigkeit zwischen der Geh useau enwand und den Zahnr dern entlang gef hrt und ni
6. Die leicht verst ndliche konkrete Visualisierung eines dynamischen Wir kungsprinzips zur Erf llung einer vorgegebenen Funktion also hohe An schaulichkeit oder die schwierigere abstrakte mentale Konstruktion und Rekonstruktion der Abl ufe als Vorstellung Am Beispiel Leonardos Automaten zur Feilenherstellung Abb 1 2 kann diese Problematik verdeutlicht werden Ist es f rderlicher diesen Auto maten als statische Zeichnung als dynamische Ablaufsequenz als virtuel len Baukasten oder als gegenst ndlichen Baukasten zu erfahren Welche Wirkung hat Gegenst ndlichkeit und welche hat Virtualit t f r Orientie rung Verst ndnis und Verst ndigung Unsere vorl ufige Antwort auf ei nige der gestellten Fragen ist die Suche nach einer erfahrungsf rderlichen Kopplung von Realit t und Virtualit t Dazu sind zwei Entwicklungslinien n her zu untersuchen die der zunehmenden Virtualisierung und Vernet zung von Ph nomenen und die der zunehmenden Wiederentdeckung der Bedeutung von Gegenst ndlichkeit 278 Abb 1 2 Baukastensystem Leonardo nach Heidenreich et al 1980 1 2 2 Forschung zur Virtualisierung und Vernetzung Mit den neuen Programmiersprachen JAVA und VRML haben die M g lichkeiten der Telepr senz der Navigation Kommunikation und Koopera tion in verteilten virtuellen R umen explosionsartig zugenommen Durch 279 interaktive Mehrbenutzerspiele im Internet MUD und DOOM an Univer sit ten vorbereitet und ange
7. FREIE HANSESTADT 20825 BREMEN Der Senator fiir Bildung Wissenschaft Kunst und Sport AbschluBbericht zum Modellversuch Hypermediagestiitzte Simulations systeme fiir berufliche Schulen Berufliche Schulen im Forschungszentrum Lande Bremen Arbeit und Technik artec Universit t Bremen Bremen 1997 Projektgruppe HYSIM Abschlu bericht zum Modellversuch Hypermediagest tzte Simulations systeme f r berufliche Schulen HYSIM Bremen 1997 Redaktion Dieter M ller Universit t Bremen Forschungszentrum artec J rgen Steenbock Senator f r Bildung Wissenschaft Kunst und Sport Layout Dieter M ller KENNZEICHNUNGEN Projekt Projektleitung Land F rderungskennzeichen BLK Nr Schwerpunktbereich Beginn des Versuches Ende des Versuches Hypermediagestiitzte Simulationssysteme fiir berufliche Schulen HYSIM Teil A Modellversuche im Bildungswesen J Steenbock Senator fiir Bildung Wissenschaft Kunst und Sport Teil B Wissenschaftliche Begleitung Prof Dr F W Bruns A Heimbucher D M ller Universit t Bremen Forschungszentrum Arbeit und Technik artec Bremen Teil A K 0857 00 Teil B K 0857 00 B Teil A 91 02 004 Teil B 91 02 005 Berufliche Bildung 1 9 1992 31 8 1996 AbschluBbericht Modellversuch K 0857 00 B Hypermediagestiitzte Simulationssysteme fiir berufliche Schulen HYSIM Ein Modellversuch des Bremer Senators fiir Bildung Wissenschaft Kuns
8. In diesen Studien bestand die Aufgabe der wissenschaftlichen Begleitung darin insbesondere pragmatische Aspekte die aus der Sicht der Lernsoft wareentwicklung bedeutsam sind herauszufinden und anhand von Bei spielen zu evaluieren Dar ber hinaus war es wichtig diese Erkenntnisse so aufzuarbeiten da die im Projekt mitarbeitenden Lehrer bei der Ent wicklung eigener Softwarepakete damit optimal unterst tzt werden konn ten Vor dem Hintergrund dieser Zielsetzung haben wir hier schwerpunktm ig die Handhabbarkeit von Hypermedia Entwicklungssystemen unter einer pragmatischen Anwendersicht analysiert Die Handhabbarkeit eines Hy permedia Entwicklungssystems wurde anhand folgender Kriterien beur teilt den verf gbaren Ausdrucksmitteln f r die Erstellung von Animatio Zur Evaluation von Hypermediasystemen vgl z B Riley 1993 Meyer Rauterberg Str ssler 1991 129 nen und Simulationen einer intuitiv verst ndlichen Semantik und den Er fahrungen die im Verlauf ihres Einsatzes bereits gesammelt worden sind Wesentlich f r die Handhabbarkeit sind dar ber hinaus sinnvolle Struktu rierungsm glichkeiten Modularisierbarkeit Erweiterbarkeit und Flexibi lit t Zu diesen Aspekten sind an anderer Stelle in diesem Projektbericht ebenfalls Aussagen zu finden vgl Kapitel VID wir wollen uns daher hier auf einige wenige Punkte beschr nken die uns im Zuge der Prototy penentwicklung besonders aufgefallen sind Ausdrucksmitt
9. berzeugt da sie sich gar nicht erst um seinen empirischen Nachweis bem hte sondern ihn in den Formalbildungstheorien schlicht voraussetzte Wie Dieterich problematisiert enth lt die Formalbildungstheorie nach den Ma st ben der Simulationstheorie einen Denkfehler Sie bildet keinen relevanten Realit tsbereich ab F r welchen Bereich von Intellektanwen dung w ren Die B rgschaft oder Die Kraniche des Ibikus ein isomorphes Substitut Dieterich 1994 S 215 Methodisch kontrollierte Studien zur Transferwirksamkeit im Zusammen hang mit Simulationen gibt es nur wenige Mandl Gruber et al 1993 un tersuchten die Transformationsproblematik im Kontext des Simulator Lernens in verschiedenen Studieng ngen Sie kommen zu dem Ergebnis da Studenten der Wirtschaftswissenschaften mit der Simulation weniger Erfolg haben als P dagogikstudenten weil sie das im Studium gewonnene Wissen nicht f r praktische Entscheidungen aktualisieren konnten Inwie weit hier ein Zusammenhang besteht wie in unterschiedlichen Studien g ngen Wissen vermittelt wird abstrakt oder konkret fach oder proble 44 morientiert mu dahin gestellt bleiben vgl auch Schulmeister 1996 S 363 Kusch 1992 vermutet da ein Wissenstransfer resultierend aus dem gewonnenen Handhabungswissen durch das Bedienen des Simulationrech ners wahrscheinlich ist Kusch S 89 Kummer u ert sich zur m g lichen Langzeitwirkung der Arbeit
10. d rfnis die Welt nicht nur kognitiv zu erfassen sondern physikalisch real zu kontrollieren Dinge zu beeinflussen Ereignisse eintreten zu lassen wird als Selbstausdruck bezeichnet Dieterich 1994 S 219 Die M glich keit sich mit Simulationen im Gegensatz zu theoretischem Lernen das nur mental stattfindet selbst auszudr cken hat in jedem Fall eine lernmotivie rende Funktion Unter eher tiefenpsychologischen Gesichtspunkten betrachtet h ngt die lernmotivierende Funktion eng damit zusammen da Simulations Mo delle immer auch eine Vergegenst ndlichung individueller Erfahrungen 30 Interessen und Phantasien darstellen5 Dementsprechend besitzen Modelle genau genommen nur f r bestimmte individuelle Subjekte eine Ersetzungs funktion bez glich eines bestimmten Originalsystems Diese f r didakti sche Vorhaben bedeutsame Dimension wird in der Allgemeinen Modell theorie als die erste pragmatische Relativierung bezeichnet Stachowiak 1973 S 131f Sie macht deutlich da Modelle sehr an subjektive Fakto ren gebunden sind und unterschiedliche Modellbenutzer zum Teil sehr ver schiedenartige Vorstellungen und Begriffe mit einem Modell verbinden Ist eine Lerngruppe sehr inhomogen zusammengesetzt K nnen sich des halb Probleme ergeben wenn nicht an die individuellen Lernvorausset zungen adaptierbare Modelle eingesetzt werden Eine didaktisch flexible M glichkeit besteht darin im Unterricht Modellbausteine einzusetzen
11. ween watching a travel film and being a tourist yourself S 10 So gesehen stellen Hypermedien das mehrere Medien verbindende Infor mationskonzept dar wohingegen Multimedien die Kombination unter schiedlicher Darstellungsmedien umfassen Fassen wir zusammen so ge langen wir zu folgender Definition Nicht alles was unterschiedliche Medien verwendet und damit multimedial ist ist auch gleich hypermedial Unter methodisch didaktischen Gesichtpunkten stellt Hypermedia im Ver gleich zu Multimedia ein weiterreichendes Konzept dar Insbesondere werden durch Hypertext und Hypermedia die M glichkeiten und Proble matiken der entlinearisierten Darstellung von Informationen angesprochen 58 w hrend Multimedia eher die technische Bandbreite der zum Einsatz kommenden Medien assoziiert3 1 3 Knoten und Verkn pfungen Informationen in Hypermedia Systemen werden in der sog Hypermedia basis in Form von Knoten und Verkn pfungen abgelegt Knoten engl nodes sind die elementaren Informationseinheiten sie enthalten Objekte wie Text Graphik Ton Abbildungen Animationen Simulation Video usw Die in diesen Knoten enthaltenen Informationen k nnen selbst wieder eine Zusammenfassung von Knoten sog Chunks bilden Verkn pfungen engl hyper links stellen Beziehungen bzw Verweise zwischen den einzelnen Knoten her Diese Verweise k nnen unterschiedlicher Natur sein d h unterschiedliche Bedeutungen haben etwa siehe im einzelnen siehe
12. 140 Experten enorme Hiirden aufbaut erscheint es u E nicht angebracht die ses System in Lernsoftware Entwicklungsprojekten einzusetzen in denen auch Lehrkr fte neben ihrer Unterrichtst tigkeit gerne kleine Anwendun gen anpassen oder selbst erstellen m chten Dar ber hinaus waren die Ein bindungsm glichkeiten einer Smalltalk 80 Anwendung in eine vorhandene Hypermedia Applikation mit Problemen verbunden Es zeigte sich da aufgrund der eigenen mit einer spezifischen Benutzungsoberfl che ausge statteten Laufzeitumgebung des Smalltalk Systems keine homogene Inte gration m glich war 3 3 Literatur Booch G 1991 Object Oriented Design with Applications Redwood Cal Bruns F W 1990 Die Simulation als Qualifikationsmittel In 3 Sach bericht Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der be ruflichen Bildung Bremen S 157 ff Frauenstein Th Pape U Wagner O 1990 Objektorientierte Sprach konzepte und Diskrete Simulation Berlin Heidelberg Heinze D 1993 Prototypische Realisierung einer verteilten Automati sierungsl sung im Netz Implementierung und Dokumentation For schungszentrum Arbeit und Technik Universit t Bremen Ingalls D The Smalltalk 76 Programming System Design and Imple mentation Proceedings of the Fifth Annual ACM Symposium on Principles of Programming Languages ACM p 9 Keller H B 1988 Echtzeitsimulation zur Proze f hrung komplexer Sy steme Berlin Heidelb
13. 4 Netscape Tagungsband IO x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Eine schriftliche Anmeldung zur Tagung ist erforderlich Die Kosten f r die An und Abreise sind von den Teilnehmer innen selbst zu bernehmen Hotelkosten k nnen f r eine begrenzte Zahl ausw rtiger Teilnehmer innen erstattet werden Gru wort Die vielf ltigen Herausforderungen durch die neuen Technologien wird niemand bestreiten ebensowenig die damit verbundenen Risiken und Chancen Die beruflichen Schulen sind hiervon unmittelbar betroffen Sie sollen f r neue T tigkeitsbereiche und neue Anforderungen qualifizieren und zugleich ihren weitreichenden Bildungsauftrag erf llen Dies geht nicht ohne eine kontinuierliche p dagogische und curnculare Entwicklung und Evaluation der Inhalte und Methoden beruflichen Lernens Hieraus erw chst eine nicht einfach zu bew ltigende Aufgabe f r die beruflichen Schulen Der Modellversuch Aypermediagest tzte Simulationssysteme f r berufliche Schulen AYSIM hat nicht nur dazu beigetragen fr hzeitig technische Innovationen im Bereich digitaler Lernmedien didaktisch methodisch f r berufliche Schulen fruchtbar zu machen sondern leistet ebenso einen wichtigen Beitrag zur Lehreraus und Lehrerfortbildung sowie zur Intensivierung des Dialogs zwischen Schulpraktikern Wissenschaftlern und Bildungsplanern Wie dem Tagungsprogramm zu entnehmen ist zielen die Vortr ge und Diskussionen sowohl auf unmittelba
14. A a gt Real f r den Unt ht GbR RE DE REITEN Simulation als Qualifikationsmittel v gi Materialien und Ver ffentlichungen Glossar Werkzeug u Werkstattorientierung v 3 or ae History Indexverweise Suchfunktionen Aktuelle Position im Navigations Funktionen Navigationspfad elemente Abb 5 1 Benutzungsoberfl che eines Navigationsrahmens 150 Der zu Anfang der Prototypen Entwicklung definierte Anforderungskata log enthielt alle fiir eine Hypermedia Anwendung notwendigen Bedie nungselemente wie Navigations Buttons History Funktionen Suchfunkti onen und eine interaktive Hilfe Funktion Dar ber hinaus sollten alle f r die Einbindung verschiedener Medien Grafik Sound Bewegtbilder usw notwendigen Software Funktionen implementiert werden Entsprechend dieser Anforderungsdefinition wurde mit der Entwicklung eines Hyperme dia Navigationsrahmens begonnen Orientierungsbereich Name der Anwendung anna Thematik usw Wo bin ich Anwendungsbereich Hypertexte Grafiken Simulationen Bedienungsbereich Navigationselemente Was kann ich machen sonst Programmfunkt Abb 5 2 Schematisches Bildschirm Layout des Navigationsrahmens Abb 5 2 zeigt die Benutzungsoberfl che des entwickelten Prototypen Der Bildschirm vgl Abb 5 2 wurde in drei Bereiche gegliedert Der Orien tierungsbereich enth lt Informationen dar ber in welchem Themenbereich sich der Benutzer befindet Der Anwendungsbereich
15. Begrenzungen Das lernf rderliche Potential rechnergest tzter Simulatoren ist zumindest f r den Bereich der CNC und SPS Technik sowie der Robotik kaum noch umstritten Zunehmend setzt sich auch bei vorher eher skeptischen Berufs p dagogen die Ansicht durch da die Simulation eine neue didaktische Qualit t des experimentellen Umgangs mit komplexer Technik darstellt die bislang im Unterricht nicht m glich war So stellen beispielsweise Hoppe Pahl 1987 die M glichkeiten von CNC Simulatoren Ausbil dungsmaschinen und Produktionsmaschinen gegen ber Dabei sehen sie die besondere Rolle der Simulation in der Komplexit tsreduktion der angstfreien weil risikolosen Bedienung in der Selbststeuerbarkeit des Lernprozesses in dem Potential f r die Verf gbarkeit und dem Transfer eines grundlegenden erweiterbaren und anpassungsf higen Wissens Bruns 1990 S 163 betont da die Simulation dar ber hinaus interes sante Perspektiven er ffnet um im Rahmen beruflicher Lernprozesse tech nische Entwicklungen und die daraus resultierenden Konsequenzen sowie technische Gestaltungsalternativen transparent zu machen So ist bei spielsweise die Gegen berstellung und Bewertung technischer L sungsan 46 s tze sowie die Umsetzung von Anwendungsszenarien durch Simulatoren relativ schnell und effektiv m glich Laur Ernst 1985 kommt zu dem Ergebnis da mit CNC Simulatoren ei ne beachtliche Menge neu zu erwerbenden Wissens und
16. Die dynamischen Elemente der Schaltungen werden dabei entsprechend visualisiert um die funktionalen Zusammenh nge deutlich zu machen 4 1 Zur Simulation von Selbsthalteschaltungen Im Unterricht wird der Einsatz der Selbsthalteschaltung in der Elektro pneumatik sinnvollerweise erst mit mechanisch bet tigten Rollentastern erprobt da sich hierbei eine Analogie zu schon behandelten rein pneumati schen Steuerungen mit rollenbet tigten 3 2 Wegeventilen ergibt Als Aus gangspunkt dient dabei der Pneumatikschaltplan Die Aufgabenstellung besteht darin da ein doppeltwirkender Zylinder 1 0 bei Bet tigung des Handtasters SI automatisch aus und einfahren oszillieren soll vgl Abb 4 1 Da der Zylinder durch ein elektromagnetisch bet tigtes 5 2 Wege Ventil 1 1 mit Federr ckstellung gesteuert wird mu die elektrop neumatische L sung mit einer Selbsthalteschaltung erfolgen Dieses ist eine wesentliche Grundschaltung von Steuerungen in Relaistechnik Spei cherfunktion und bereitet vielen angehenden Industriemechanikern erfah rungsgem einiges Kopfzerbrechen 201 Selbsthaltung mit Rollentastern 24V 33 1 0 2 ae ieee ae u ee 3 K1 Stromlaufplan Pneumatik schaltplan 1 1 Y1 Y1 Steuerstromkreis Arbeitsstromkreis Klicken Sie auf einzelne Symbole der Schaltpl ne um n heres ber deren Funktion zu erfahren Mit Hilfe der drei Tasten kann die Schaltung animiert werden SEE Eee Abb 4 1
17. Funktion und deren Zu sammenwirken Struktur berschaubar und handhabbar sein mu Martin 1986 S 25 Modellierung mit Hilfe verschiedener Methoden Fishwick 1995 hat eine Taxonomie generischer Modellierungsmethoden vorgeschlagen die in einem hypermediagest tzten Framework im Sinne einer Methodenbank implementiert werden k nnen Er unterscheidet dabei zwischen folgenden Modelltypen konzeptuellen deklarativen funktiona len beschr nkungs basierten engl constraint und r umlich basierten engl spatial Konzepten Der Modellierungsvorgang von der Realit t zum physikalischen und weiter zum rechnerbasierten Modell kann so jeweils methodisch nach unterschiedlichen Zugangsweisen kategorisiert werden Aus didaktischer Sicht sind insbesondere konzeptuelle Modellierungsme thoden interessant weil sie einen ersten wenig formalen Zugang zu Mo dellen er ffnen Conceptual models are first cut descriptions of what we 2 Zum Begriff des Sachsystems vgl Ropohl 1979 87 know about a process Fishwick 1995b S 5 Konzeptuelle Modellierun gen basieren im Sinne eines Soft System Designs auf wenig formalen verst ndlichen Modellbeschreibungsmittel wie z B Skizzen Schemadar stellungen gegenst ndlich stofflichen Modellen Konzeptuelle Modelle die das Verstehen technischer Systeme erleichtern sollen nehmen wie Dutke 1994 S 110 betont auch Bezug auf r umliche Konfigurationen In diesem Sinne k nnen auch mit Hypermedi
18. Laur Ernst 1986 S 116 Und Zum Beispiel lie en sich Transparenz der Maschine Funktionsweise von Bauteilen Demonstrationen und Experi mente mit Bauteilen selbstbestimmter leichter und vielseitiger durch Si mulation und Animation zeigen und durchf hren als dies durch Demonta ge Montage einer Modellmaschine praktisch m glich ist Auch der komplexe Zerspanungsvorgang mit seinen Zusammenh ngen zwischen Materialeigenschaft des Werkst ckes Werkzeugbeschaffenheit Spantiefe Schnittgeschwindigkeit und K hlmitteleinsatz lie e sich besser in einer grafisch akustischen Simulation darstellen als verdeckt durch Schutzschei be und K hlmittel Bruns 1990 S 162 1 7 Literatur Anderson J R 1996 Kognitive Psychologie Heidelberg B ck W M ller D 1990 Roboterprogrammierung im Unterricht kann sie zum Begreifen und Bewerten von komplexen Fertigungssy 49 stemen beitragen In 3 Sachbericht zum Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der beruflichen Bildung Bremen S 107 146 Bohle F Rose H 1992 Technik und Erfahrung Arbeit in hochauto matisierten Systemen ISF Miinchen Frankfurt M New York Bossel H 1985 Umweltdynamik Miinchen Bruner J 1973 Der Akt der Entdeckung In Neber H Hrsg Entdek kendes Lernen Weinheim Original erschienen 1961 The act of dis covery Bruns F W 1996 Methoden der kooperativen Bew ltigung von Design Komplexit t In Zwischenbilanz For
19. Phasen der Modellentwicklung das Konzept des bricolage wichtig ist um zu angemessenen konzeptuellen Modellen zu gelangen Allerdings ist die Berufsp dagogik noch weit davon entfernt bricolage im Sinne von Zu rechtbasteln als eine Lernmethode zu akzeptieren 1 2 7 Handlungsorientiertes Lernen Es ist u a ein Ergebnis der intensiven Diskussion um die M glichkeiten des handlungsorientierten Lernens in der beruflichen Bildung wieder deutlich gemacht zu haben wie weit im Unterricht der Berufsschule eine verbale Auseinandersetzung mit meist abstrakten Inhalten dominiert S l tenfu 1983 Schulz 1992 Dies gilt insbesondere f r diejenigen Lernge genst nde die aus rein praktischen Gr nden wie Verf gbarkeit Kosten Sicherheitsaspekte usw im Unterricht nicht zur Verf gung stehen k nnen Insofern bestehen oft nur sehr eingeschr nkte M glichkeiten die authenti sche Wirklichkeit der modernen Arbeitswelt in all ihren Auspr gungen deutlich zu machen Andererseits lassen sich viele Lerninhalte nur sinnvoll in einem handlungsorientierten Aneignungsproze sowie im Verlaufe ei nes stark individualisierten Lernprozesses vermitteln Hierunter fallen praktisch alle Programmier bungen Experimente zur Fehlersuche und diagnose und Optimierungsaufgaben sowie bungen zur Bewertung unter schiedlicher technischer L sungsans tze und konstruktive Entwurfsaufga ben 8 Vgl Bruns Busekros Heimbucher 1992 39 Was Simulation hi
20. ciety Conference Series 3 Cambridge pp 47 55 Floyd C 1984 A Systematic Look at Prototyping In Budde u a 1984 S 1 8 Sch nthaler F Nem th T 1992 Software Entwicklungswerkzeuge Methodische Grundlagen Stuttgart Smith M F 1991 Software Prototyping Adoption Practice and Mana gement London 128 Dieter Miiller 2 Studien zur Implementierung von Simulationen mit Hilfe von Hypermedia Entwicklungssystemen In diesem Kapitel werden einige prototypische Realisierungsversuche be schrieben die wir zu Anfang des Projekts durchgef hrt haben Das Ziel dieser Aktivit ten bestand zun chst darin zu erkunden in welchem Rah men mit Hilfe von Hypermedia Entwicklungssystemen Lernsoftware Entwicklungen m glich und sinnvoll sind Die im Verlaufe des Modellver suches zu beantwortende Frage inwieweit Entwicklung und Gestaltung hypermediabasierter Lernmedien auch f r Berufsp dagogen relevant sind erforderte u a eine Evaluation m glicher einzusetzender Entwicklungs werkzeuge Wir gingen zwar tendenziell von der These aus da durch die Verf gbarkeit m chtiger Hypermedia Entwicklungssysteme wie z B Hy percard oder ToolBook auch Nicht Experten in einem vertretbaren Zeit aufwand kleine Softwarepakete erstellen k nnen Dennoch schien es not wendig diese These neben theoretischen Analysen auch auf der Basis prototypischer Softwarestudien im Rahmen der wissenschaftlichen Be gleitung intensiver zu untersuchen
21. fte beklagen dar ber hinaus die kurzen Innovati onszyklen und die daraus resultierenden Probleme der Konsolidierung von Ausstattungskonzeptionen Wir sehen hier insbesondere die Gefahr da viele didaktische Entscheidungen unter dem negativen Aspekt des Nach hinkens hinter kurzen Modernit tszyklen der Technik gef llt werden Der eigentliche Bildungsauftrag der Beruflichen Schulen n mlich die Ver mittlung grundlegender beruflicher Kompetenzen auf der Basis fundierter p dagogischer Konzepte kommt dabei zu kurz 1 8 Gestaltung hypermediabasierter Lernprogramme Die Frage inwieweit die Softwareentwicklung von hypermediabasierten Lernprogrammen auch f r Berufsp dagogen relevant bzw die Eigen Programmierung von Lernsoftware m glich ist wurde im Modellversuch intensiv untersucht Neben der Nutzung vorhandener Lernprogramme wurden deshalb von den im Projekt mitarbeitenden Lehrkr ften prototypi sche Lernumgebungen konzipiert entwickelt und anschlie end unterricht lich erprobt Ausgangspunkt f r die Annahme die Eigen Programmierung k nne sinn voll sein war zum einen da durch die Verf gbarkeit moderner Hyperme dia Entwicklungssysteme erstmals in Aussicht gestellt wurde da auch 2 Zu einer v llig anderen Einsch tzung kommen z B Harte et al 1996 Die Verf g barkeit und Handhabbarkeit geeigneter PC Hardware stellt Anfang 1996 kein generelles Hindernis f r die breite Einf hrung multimediagest tzter betrieblicher
22. glichkeiten haben die Studien zur Interaktion insbesondere drei Aspekte deutlich gemacht 1 Die Implementation interaktiver Anwendungen im Sinne der be schriebenen Konzepte sind mit Hilfe von Hypermediasystemen m g lich 2 Der Aufwand f r solche Anwendungen h lt sich aufgrund der M ch tigkeit der eingesetzten Entwicklungssysteme in einem vertretbarem Rahmen 3 Allerdings erfordert die Konzeption und Gestaltung bzw Implemen tierung derartiger Anwendungen ein relativ hohes Ma an Fachwissen und bung Diese Ergebnisse wurden sp ter im Zuge der unterrichtsbegleitenden Softwareentwicklungen tendenziell best tigt vgl Kap VD Die Erwartung derjenigen P dagogen die auf dem Gebiet der Informatik berwiegend Laien sind an leicht zu erstellende Software f r Unterrichtszwecke ist aufgrund dieser Erfahrungen unrealistisch zumindest wenn es um solche Anwendungen geht wie wir sie hier exemplarisch beschrieben haben F r Fachlehrerinnen und lehrer die in informatikbezogenen Unterrichtsfa chern wie Technische Informatik Steuerungstechnik usw unterrichten und damit entsprechende Fachkenntnisse mitbringen oder entsprechend qualifiziert sind bieten Hypermedia Entwicklungssysteme durchaus inter essante Gestaltungsmittel f r kleine Software Anwendungen 4 5 Literatur Issing L Klimsa P Hrsg 1995 Information und Lernen mit Multi media Weinheim Riehm U Wingert B 1995 Multimedia Mythen Chancen und H
23. hrt werden Die verschiedenen Kursbl cke wurden auf mehrere halb bzw ganzt gige Veranstaltungen 173 verteilt und jeweils in ein oder mehrw chigen Abst nden abgehalten Die einzelnen Veranstaltungen enthielten in etwa zu gleichen Teile theoreti sche und praktische Inhalte Wie schon angedeutet war die inhaltliche Strukturierung der Fortbildung haupts chlich auf die Erfordernisse der fortlaufenden Projektarbeit ausgerichtet Aufgrund des doch knapp bemessenen Zeitkontingents konnten p dagogi sche Aspekte nicht angemessen im Rahmen dieser Kurseinheiten behandelt werden Hierzu wurden sp ter dann mehrt gige Wochenendseminare bzw Blockseminare genutzt um berufsp dagogische und fachdidaktische Pro bleme vor dem Hintergrund der durchgef hrten Softwareentwicklungen und Unterrichtsvorhaben ohne Zeitdruck zu problematisieren und zu re flektieren Die folgende bersicht vgl Tabelle 1 gibt einen berblick ber die durchgef hrten Fortbildungsaktivit ten Anschlie end werden die einzel nen Kurseinheiten und Blockseminare genauer beschrieben und dargestellt __ Kurs Seminar itr a I Kurs Einf hrung in die Thematik des Modellversuchs ie 2 Il Kurs ypeumecie Autorensysteme 13 il Kurs Hypermedia Autorensysteme fs 6 IM Blockseminar Zusammenfassung der Projektarbeit 20 Tabelle 1 Fortbildungen und Blockseminare im berblick Kurs Einf hrung in die Thematik des Modellversuchs In der ersten Phase
24. innen Software Pool Arbeitskreis HYSIM Stand 16 01 97 a Fj Document Done u Z 293 Anhang 4 Netscape HYSIM Projekt File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HYS gt DM Home E Das Projekt HYSIM Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es zu untersuchen inwieweit und mit welcher Konzeption computergest tzte Simulation in der beruflichen Erstausbildung f r den gewerblich technischen Bereich eingesetzt werden sollte Au erdem wird gepr ft n welchen Bereichen Simulatoren partiell kostspielige Realsysteme f r Unterrichtszwecke erg nzen bzw ersetzen k nnen Mit Hilfe objektorientierter Softwarekonzepte sollen prototypische Simulationswerkzeuge auf der Basis von Hypermediasystemen entwickelt werden Existierende Simulatoren f r ProzeBablaufe von Robotern CNC Drehmaschinen und CNC Frasmaschinen werden kombimert und zu einem Mehrebenensimulationssystem erweitert Theoretisch interessieren besonders Fragen zur Abbildung komplexer Systeme in Modellen und zum Beitrag den Simulation zum besseren Verstandnis und zur besseren Beherrschung realer Systeme leisten kann Praktische Bedeutung haben Fragen des experimentellen Umgangs von Benutzern mit hypermediagest tzten Modellen Die Bedeutung des Computers als Werkzeug und als Medium im Schulunterricht besonders als experimentelles Lernsystem wird untersucht vgl Arbeitshypothesen didaktischer Stellenwert von Simulatoren Das
25. m ndliche Befragungen Interviews usw sind diese weniger kosteninten siv und leichter handhabbar Je nach methodischem Vorgehen werden da bei h ufig die Lehrenden manchmal auch die Lernenden in die Befragung einbezogen Die Bereitschaft zur ad quaten Beantwortung der Fragen wie auch die Zuverl ssigkeit und G te der gesamten Befragung sind entschei dend davon abh ngig inwieweit es gelingt den jeweiligen Fragegegen stand verst ndlich zu machen das Ausf llen des Fragebogens leicht hand habbar zu gestalten sowie die Teilnehmenden also Lehrer und oder Sch ler zu verwertbaren und qualitiven Aussagen zu motivieren Evaluationen mittels standardisierter Frageb gen besitzen neben den ge nannten Vorz gen zweifellos auch den Vorteil da die Teilnehmer an onym bleiben und entsprechend unbefangen ihre Einsch tzung ber den Gegenstand abgeben k nnen Wie man vermuten kann ist die Aussage kraft von Ergebnissen die mittels Frageb gen gewonnen werden aller dings begrenzt Wie Freibichler Carstensen bemerken geben Frageb gen m glicherweise Aufschlu ber die Akzeptanz eines Lernprogramms sei tens der Lernenden bzw Lehrenden sagen aber wenig ber die Qualit t des Lernprogramms aus Dar ber hinaus spielen hier auch Versuch seffekte eine Rolle wie die Neuheit des Mediums die Besonderheit der Versuchssituation und die besondere Rolle einer Versuchsperson Frei bichler Carstensen 1996 S 89 Vergleichsevalu
26. r Berufsbildung Hrsg Multimediales Lernen in neuen Qualifizierungsstrategien N rnberg S 179 187 Lipsmeier A 1996 Die neuere fachdidaktisch methodische Diskussion in der Berufsp dagogik und ihre Implikationen f r multimediale Ler narrangements In Zimmer G Holz H Hrsg 1996 S 57 77 Mandl H Gruber H Renkl A 1995 Situiertes Lernen in multimedia len Lernumgebungen In Issing Klimsa 1995 167ff Mangold Allwinn R 1990 Medienwirkungen zum Computer Effekte des Erwerbs von Programmierkenntnissen In Medienpsychologie Jg 2 1990 Heft 1 S 3 22 McAleese R 1993 Navigation and Browsing in Hypertext In McAlee se R 1993 ed Hypertext Theory into Practice Oxford Pp 5 38 McAleese R ed 1989 Hypertext Theory into Practice Oxford McClelland J L Rumelhart D E eds 1986 Parallel Distributed Processing Explorations in the Microstructure of Cognition Vol 2 Psychological and Biological Models Cambridge London McKnigh C Dillon A Richardson J 1991 Hypertext in Context Cambridge Meier F Baratteli S 1991 Wissenspsychologische Evaluation selbst gesteuerten Lernens mit modernen Medien und rechnergestiitzten In struktionen In Medienpsychologie Jg 3 1991 Heft 2 S 109 123 Meyrowitz N 1989 The Missing Link Why We re All Doing Hypertext Wrong In Barett E ed The Society of Text Hypertext Hyperme 77 dia and the Social Const
27. r herk mmliche Formen der betrieblichen Weiterbildung Personelles Training bleibt wichtig e Multimedia sollte nicht als Instrument zur Reduktion der Weiterbil dungsbudgets betrachtet werden e Multimediagest tzte Lerntechnologien f hren keineswegs zwangsl u fig zu einer Entm ndigung und Vereinsamung des Lernenden e Die neuen multimedialen Lerntechnologien er ffnen im Gegensatz zu traditionellen Formen des computergest tzten Lernens einen gro en Gestaltungsspielraum 276 Widersprechen miissen wir den folgenden Aussagen S 158ff e Multimedia Lerntechnologien sind im Gegensatz zu traditionellen Formen der betrieblichen Weiterbildung geeignet Betriebe und Or ganisationen in allen Bereichen zu durchdringen Ubiquiti t Unsere These Je technikabh ngiger die Medien sind desto schwie riger ist ihr Eindringen in alle betrieblichen Bereiche desto eher f h ren sie zu einer Zweiklassenteilung e Multimediale Lern und Informationsmedien sind ein ad quates Mit tel zum Erlernen des Umgangs mit komplexen rechnergesteuerten Anlagen und Prozessen Unsere These Multimedia Lern und Informationsmedien sind ohne reale Proze kopplung ungeeignet f r das Erlernen des Umgangs mit komplexen rechnergesteuerten Anlagen und Prozessen e Multimedia als Beitrag zur Formierung der lernenden Organisation Unsere These Die lernende Organisation formiert sich abh ngig von anderen Faktoren als von Multimedia e Multimed
28. t und leichte Integration in Netzwerke Dar ber hinaus existieren inzwischen preiswerte Entwicklungstools und viele interessante Anwendungen f r den Bildungsbereich Ein Nachteil ist zweifellos die Notwendig keit der h heren Qualifikation der Entwickler Zusammenfassend gehen wir davon aus da im Zeitalter digitaler Medien P dagoginnen und P dagogen die Chance haben m ssen ebenso aktiv ge staltend mit diesen Medien umzugehen wie sie es mit anderen Lernmedien ebenfalls seit langem tun Dazu geh rt im begrenzten Rahmen eben auch die Entwicklung hypermedialer Anwendungen f r den Unterricht 1 9 Kostenaspekte Vordergr ndig betrachtet springen zwei Argumente ins Auge aus denen sich die Verringerung von Kosten bei der Substitution von Realsystemen durch wie auch immer gestaltete Simulationen speist e Beschaffungskosten Die Simulation kann die Anzahl der ben tigten Realsysteme reduzieren Das schl gt sich unmittelbar in der Anzahl der und damit den Kosten f r die zu beschaffenden Realsysteme nieder Oft erlaubt erst der Einsatz von Simulationen ein handlungs 262 intensives Uben fiir hinreichend viele Lernende da mehrere Realsy steme nicht nur beschafft werden miissen sondern auch entsprechend r umliche Voraussetzungen erfordern e Wartungs und Reparaturkosten Bei der Fehlbedienung von Realsy stemen kann das Realsystem zerst rt oder beeintr chtigt werden was hohe Reparaturkosten nach sich ziehen kann Man
29. 3 1 3 2 3 3 4 1 4 2 Simulation eines Schnittstellenbausteins Simulation des Schaltungsaufbaus e Sim lation d r SPS Sn nee Graphische Programmicrung c cccceesccceeesseceeeseeeeeeesteeeees Bildschirmdarstellung der Schaltung mit Rollentastern Animation der Bewegungsfolge nseenseennenseneneennnnn 4 3 4 4 4 5 5 1 5 2 6 1 6 2 7 1 7 2 7 3 7 4 7 5 Schaltung mit Reedsensoren esesseseesssseessseressersessssreessseessse Zylinder mit Reedsens ren nenne een Reedsensor F nkuon unsre ep EdUCPU MN LE Te errant conch ee fer enre en NEN IRNN ERLERNEN Interak ve Hille net Hochvakuumpumpstand 2222000000ssnessennnenennnnenennnnnn Simulationssystem V akuumtechnik eee Roboter im AulolLab aers nee Programmieren mit COSIPROG u0senennnnnennnn Simulation mit COSIMIR u ssnssennsnsennesnnnnenennnnn Men bildschirm des Lernprogramms ROBBI Beispiel f r das Lernprogramm ROBBI 342 Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb VII ERGEBNISSE EMPFEHLUNGEN UND PERSPEKTIVEN 2 1 K rs bersicht on keine 3 1 Mehrebenensimulation uuuucceneseeeeseeneseeenseennnennnnnnnnneennnenn 3 2 Baukastensystem Pewee reece rccccccccseccccccccccesseseses
30. 3 1 3 Labor Experimentalunterricht 1 3 2 Kombination mit anderen Medien 1 3 2 1 Lehrb cher oder Arbeitsbl tter 1 3 2 3 Realsysteme 1 3 3 Kann bzw soll die Anwendung vom Endbenutzer modifiziert werden k nnen 1 4 Systemvorausetzungen 1 4 1 Besondere Hard und Softwarevoraussetzungen 1 4 2 Abweichung von der Standardkonfiguration 1 5 Funktionalit t Kategorie 1 5 1 Modellbildung Simulation und Animation 1 5 2 Strukturierte Informationsverwaltung Hypertext und Datenbank 1 5 3 Steuerung externer Ger te Proze kopplung 1 6 Benutzungsoberfl che 1 6 1 Methaphern Bildschirm sthetik 1 6 2 Men struktur 1 6 3 Orientierungshilfen Hyper Links 1 6 4 Multimedia Unterst tzung 2 Dokumentation zur Entwicklung 2 1 Darstellung der Grobstruktur 2 1 1 Objekthierarchie 2 1 2 Programm Module Knoten Links 2 2 Beschreibung von wichtigen Programmteilen 2 2 1 Funktionen Handler 2 2 2 Algorithmen 2 3 Einbindung von externen Modulen 2 4 Bekannte Fehler 2 5 Erweiterungsm glichkeiten Abb 1 2 Kriterienkatalog zur Dokumentation von Lernsoftware 113 t Netscape HYSIM EduCPU gt Abb 1 3 Kurzdokumentation der Lernsoftware im World Wide Web Bei spiel Mikroprozessor Simulation 114 1 5 Analysemethoden und instrumente Als formative den Erfahrungsproze begleitende Aktivit t kann nach un seren Erfahrungen die Evaluation ohne Gefahr einer unzul ssigen Ver engu
31. Aufbau eines Roboters erkl ren die Funktionalit t und Bedeutung von Koordinatensystemen Arbeits r umen Freiheitsgraden beschreiben die Translations Rotations Haupt u Nebenachsen eines Roboters beschreiben und erl utern Fertigkeiten im Umgang mit Informationsverarbeitungssystemen er werben einen Simulator erkl ren beschreiben und anwenden potentielle Gefahrenquellen beim Umgang mit Robotern nennen Ma nahmen zur Unfallvermeidung erkl ren Angestrebte Schl sselqualifikationen Die Sch ler sollen 7 4 selbst ndiges Vorbereiten und Planen von Arbeitsvorhaben lernen Arbeitstechniken situationsgerecht w hlen und dabei ad quate L sungsverfahren anwenden Kooperationsformen kennenlernen und sinnvoll w hlen Kenntnisse ber den sinnvollen Umgang mit Informationen und er forderlichem Arbeitsmaterial erlangen sowie notwendige und ggf er forderliche Informationen sammeln bewerten und zur sach und situ ationsgerechten Anwendung aufbereiten Arbeitsergebnisse zusammenfassen und zweckm ig darstellen Erfahrungen mit der Hypernedia Lernsoftware ROBBI Da es sich bei dieser Lernsoftware um eine Eigenentwicklung handelte galt das besondere Interesse den Sch lerreaktionen zu diesem Medium Nach den ersten Unterrichtssequenzen in der die Sch ler haupts chlich 240 mit dem Lernprogramm ROBBI gearbeitet hatten wurden sie deshalb ge beten sich zu diesem Lernprogramm zu u ern Im nac
32. Brenner Pumpe lventil und Z ndeinrichtung sowie drei Wohnr umen mit entsprechenden Heizk rpern und Thermostatventilen vgl Abb 3 1 Benutzungsschnittstelle Heizungsschalter ein aus l Kontrolle Temperaturwahl Brenner Statusanzeige Fehler Reset Schalter Heizkessel Statusanzeige 3 R ume Temperatur l Temperatur P al Zeitgeber sensoren Heizungs 3 R ume regelung Status 3 R ume Thermostat nicht oder ventile Ventil benutzt steuerung Gebl semotor Olventil Z ndung Pumpengeschwindigkeit ldruck Brenner Status Wasser Temperatur Heizkessel Abb 3 1 System Diagramm einer Heizungsregelung in Anlehnung an Booch 1991 S 223 Durch gezielte Manipulation einzelner Parameter K nnen verschiedene Zu st nde abgebildet werden Die Software wurde mit der Entwicklungsum gebung Objectworks Smalltalk 80 erstellt vgl Heinze 1993 Die Anfor derungsdefinition und Teile der Modellierung sind dem Buch Object Oriented Design with Applications Booch 1991 S 222 280 entnommen 138 Das System ist ein anschauliches Beispiel daf r wie mit Hilfe verteilter Sensoren und Aktoren eine intelligente Regeleinrichtung simuliert werden kann Durch Hinzuf gen von Klassen die reale Temperaturf hler Ventile und Brenner ansprechen k nnen z B ber RS232 lassen sich reale Hei zungsprozesse regeln Voraussetzung ist nat rlich da entsprechende Aktoren u
33. Dazu w ren noch einige Ver nde rungen notwendig die ich hier im einzelnen nicht ausf hren kann Der Grad der Offenheit der vorhandenen Simulationssysteme m te wesentlich erh ht werden um an die Anforderungen von integrierter Hypermedia an gepa t werden zu k nnen Die bertragbarkeit auf reale Systeme m te verbessert werden Eine Anbindung an reale Systeme ist bei COSIMIR von Festo Didactic und bei der Movemaster Robotik Profi Software von Keller im Online Betrieb m glich Die zuk nftige Offenheit der Systeme deutet auf umfangreiche Weiterentwicklungsm glichkeiten von Hypermedia Software Nutzung in schulischen Intranets sowie berregional im Internet 7 6 Literaturhinweise Gloor P A 1990 Hypermedia Anwendungsentwicklung Stuttgart Gronwald D Schmidt B 1995 Methodische Vorbereitung von Unter richtseinheiten im gewerblich technischen Bereich Reader des ITB an der Universit t Bremen G smann Bernd 1992 Einf hrung in die Roboterprogrammierung Braunschweig Kaffenberger H 1991 Berufsfeld bergreifendes Lernen in der Berufs schule Ein Beispiel aus der Robotertechnik In lernen amp lehren Bremen 6 Jahrgang 1991 Heft 22 Naval Michael 1989 Roboter Praxis W rzburg 1989 Roy B 1995 Simulation als handlungsorientiertes Medium in der be ruflichen Bildung Dissertation Universit t Bremen Wloka D Hrsg 1991 Robotersimulation Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 2
34. Der Begriff Spiel als solcher ist h herer Ordnung als der des Ernstes Denn Ernst sucht Spiel auszuschlie en Spiel jedoch kann sehr wohl den Ernst in sich einschlie en 10 Zur Unterscheidung von Spiel und Spielzeug vgl Baumgartner Payr 1994 S 165f 41 Ohne Zweifel liegt in dem Verh ltnis von Spiel und Ernst ein lernpsycho logisches Element das gerade im Zusammenhang mit dem Simulationsler nens u erst bedeutsam ist Dieterich 1994 betont da in der Polarit t von Spiel und Ernst die besondere didaktische Bedeutung von Simulatoren liege In dieser Polarit t von Spiel und Ernst liegen Gefahren und Vor teile der Simulation zugleich S 212 P dagogisch gesehen stellt die Untersch tzung des Ernstcharakters ein De fizit des Lernens mit Simulationen dar Wenn ein Absturz im Flugsimu lator ein Unfall im Fahrsimulator genauso locker weggesteckt w rden wie ein Herauswurf beim Mensch rgere dich nicht Spiel w re das G tekrite rium der Lerneffienz Sicherheit des Simulatorlernens verletzt Dieterich 1994 S 212 Andererseits ist die Risikolosigkeit des spielerischen Umgangs mit Simu latoren lernf rderlich weil Lernbarrieren wie z B die Angst sich zu ver letzen oder etwas zu zerst ren verringert werden Dar ber hinaus liegen didaktische Vorz ge von Lernsimulatoren im Vergleich mit anderen Lernmedien zu einem nicht unwesentlichen Teil in ihren motivierenden Wirkungen sie initiieren spielerische handlu
35. Document Done u 4 314 Anhang y4 Netscape HYSIM Evolventenverzahnung File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Hysim Home Softwareliste Programmname Visualisierung emer Evolventenverzahnung Autor Eckhard Meier Uni Bremen Program mversionen Vers 1 Dateitransfer Die Originaldatei umfa t 5 13 MB die dazugeh rige ZIP Datei 2 34 MB z p Datei vom Server laden Kurzbeschreibung In der Animation soll gezeigt werden wie die Z hne zweier Zahnr der bei einer Evolventenverzahnung aufeinander abrollen Dabei wird der Druckpunkt visuell hervorgehoben Der Verlauf des Druckpunktes w hrend der Bewegung der Zahnr der wird ebenfalls visualisiert Er beschreibt eine Gerade Anwendungsgebiete Metalltechnik Konstruktion Simulation ai Fj Document Done u Z 315 Anhang 4 Netscape HYSIM Evolventenverzahnung OF x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Anwendungs gebiete Metalltechnik Konstruktion Simulation Bemerkungen Diese Animation enstand anhand einer gescannten Vorlage die zuvor auf Papier erstellt worden war Die gescannte Grafik wurde mit Hilfe eines Bildbearbeitungsprogrammes bearbeitet und vektorisiert Das Ergebnis war eine Repr sentation der Grafikobjekte die sich f r die Erstellung eines dreidimensionalen Modells eignete Nachdem der Konvertierungsproze von einer Bitmap in ein dreidimensionales Modell abgeschlossen war wurd
36. Effizienz Adaptierbarkeit Portabilit t Abb 1 1 Dimensionen der Software Evaluation 1 4 Evaluationsfelder im Modellversuch Gem den genannten Zielsetzungen des hier formulierten Evaluations konzeptes erfolgte im Modellversuch HYSIM zun chst ein Festlegung von sechs verschiedenen Evaluationsfeldern Im Verlauf des Projektes wurden folgende Informationskomplexe den verschiedenen Felder entsprechend erhoben dokumentiert und einer Bewertung unterzogen 1 der aktuelle Projektverlauf unter Ber cksichtigung der gesetzten Ziel setzungen 109 2 die durchgefiihrten Lehreraus und Lehrerfortbildungen sowie die im Rahmen des Projekts veranstalteten Workshops und Seminare 3 die im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung entstandenen pro totypischen Softwareentwicklungen und durchgef hrten Studien zur Softwarenutzung 4 die durchgefiihrten Unterrichtsvorhaben in denen hypermediabasierte Lernumgebungen eingesetzt und erprobt wurden 5 die von den Lehrkr ften entwickelten hypermediabasierten Lernsy steme einschlie lich der begleitenden Unterrichtsmaterialien und 6 die Zusammenfassung Darstellung und Verbreitung der Ergebnisse Insgesamt k nnen diese Informationskomplexe folgenden drei Bereichen zugeordnet werden 1 Didaktische Aspekte Einsch tzung der p dagogischen Wirksamkeit hypermedialer Simulationssysteme aufgrund der eigenen Unterrichts erfahrungen und der R ckmeldungen der Sch ler Motivation u
37. F rderung des Probleml se verhaltens im naturwissenschaftlichem Unterricht Entwurf vom 22 10 1985 Am Institut f r P dagogik der Naturwissenschaften an der Universit t Kiel Zit in Daldrup 1987 Leutner D 1988 Computersimulierte dynamische Systeme Wissenser werb unter verschiedenen Lehrmethoden und Sozialformen des Unter richts In Zeitschrift f r Entwicklungspsychologie u P dagogische Psychologie 1988 Band XX Heft 4 338 355 Lipsmeier A 1993 Individualisierung von Lernprozessen im Kontext multimedialen Lernens in der beruflichen Aus und Weiterbildung In Bundesinstitut f r Berufsbildung BIBB 1993 Multimediales Ler nen in neuen Qualifizierungsstrategien Entwicklungstendenzen und L sungswege N rnberg S 79 187 M hlenbrock R 1979 Modellbildung und didaktische Transformation Grundz ge und exemplarische Anwendung eines modelltheoretisch orientierten Transformationskonzeptes Diss phil Universit t Ham burg M ller K 1987 Lernen durch Tun Handlungsorientiertes Lernen im Sachunterricht der Grundschule Frankfurt am Main u a 52 Miiller D 1990 Karel der Roboter Eine interaktive Programmier und Simulationsumgebung Bremen M ller D 1991a Programmier und Simulationssystem EasyRob In AbschluBbericht zum Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der beruflichen Bildung Bremen S 97 109 M ller D 1991b Einf hrung in die Roboterprogrammierung und si mul
38. Fa 11 0 45 0 5 6 i i 18 0 17 0 2 0 ZPD TI 10 Eko H 42 E FEB HO 4 0 FFB Go Abb 7 3 Simulation mit COSIMIR 235 COSIMIR hat leistungsfahige Schnittstellen So ist z B eine Anwendung von COSIMIR als kundenspezifisches Visualisierungssystem tiber die in tegrierte DDE Schnittstelle Dynamic Data Exchange m glich Auch eine Profibus Ankopplung fiir COSIMIR ist realisiert COSIMIR ist auf PCs unter MS Windows und Windows NT lauffahig Auch eine Version fir Silicon Graphics Workstations ist verfiigbar Das System COSIMIR spielt in dem hier beschriebenen Unterrichtsprojekt die Hauptrolle da mit diesem Simulator die praktischen Roboterprogramme erstellt simuliert und an schlie end auf das Realsystem bertragen werden sollten Die Lernsoftware ROBBI Das Lernprogramm ROBBI ist mit dem Autorensystem ToolBook von Studenten der Bremer Universit t erstellt worden und l uft ebenfalls unter MS Windows Das Lernprogramm behandelt die Grundlagen der Robo tertechnik Gewisse Vorkenntnisse auf den Gebieten Mechanik Elektro technik und Programmierung sind w nschenswert Grundlagen der Robotertechnik Bearbeiten Text Seite Hilfe OBBI Grundlagen der Robotertechnik nhaltsverzeichnis Bi RR Grundbegriffe eines Roboters eines Roboters nm und Programmierung an Sachwortverzeichnis m u gt Baer Abb 7 4 Men bildschirm des Lernprogramms ROBBI 236 Das Programm richtet sich in
39. IV 2 258 e Es bestehen nur reduzierte M glichkeiten der Datenkapselung und Modularisierung innerhalb von Anwendungen e Es existiert keine ausreichende Datentypkontrolle Tippfehler fiihren zu Fehlern die nicht sofort bemerkt werden e Die Erweiterung der vorgegebenen Objekthierarchie ist kaum m g lich e Es k nnen w hrend der Laufzeit einer Anwendungen keine neue In stanzen generiert werden Diese Restriktionen machen sich bei der Entwicklung gr erer Systeme unangenehm bemerkbar und zwingen dazu ein gewisses Ma der Beschei denheit nicht zu berschreiten Nach der Einsch tzung zahlreicher auch nicht im Modellversuch t tiger Lehrer die wir befragt haben besteht eines der wichtigsten Merkmale von multi oder hypermedialen Autorensystemen augenscheinlich nicht in der Originalit t Leistungsf higkeit oder Wertsch tzung der didaktischen Kon zeption von diesen Werkzeugen sondern in der Erwartung an leicht zu erstellende Software f r Unterrichtszwecke Bei dieser Erwartung wird al lerdings leicht aus den Augen verloren da geringe Schwierigkeiten bei der Entwicklung von entsprechenden Lernmaterialien in der Regel mit ei ner restringierten didaktischen Konzeption teuer erkauft werden Der rela tiv geringe Schwierigkeitsgrad resultiert daraus da P dagogen zumin dest f r die Grundform eines Autorensystems keinerlei Programmier kenntnisse aufbringen m ssen Dies ist nat rlich nur dann m glich wenn d
40. Integration unterschiedlicher Simulationsmodule mit Hilfe von Hypermedia zu einem mehrperspektivischen Mehrebenensimulationssy stem dargestellt werden Dabei wird davon ausgegangen da durch die Kombination von Simulation und Hypermedien rechnergest tzte Lernum gebungen realisiert werden k nnen die besondere lernf rderliche Merk 1 Wir benutzen hier den Begriff Lernumgebung um deutlich zu machen da in diesem Kontext sowohl Hard und Software einschlie lich begleitender Lermaterialien Lern aufgaben sowie die hiermit im Zusammenhang stehenden didaktischen Pr missen in einer ganzheitlichen Lernsituation gemeint ist vgl hierzu auch die Ausf hrungen in Kap 11 3 21 male im Vergleich zu konventionellen Simulatoren aufweisen Perspekti ven f r den Einsatz hypermediabasierter Simulatoren im berufsbildenden Unterricht werden entwickelt 22 Dieter Miiller 1 Lernen mit Simulatoren 1 1 Einf hrung Die Verwendung von Simulatoren als Lehr und Lernmedium ist in der beruflichen Bildung nicht neu Schon seit langer Zeit sind technische Mo delle sowie das experimentierende Umgehen mit ihnen also das was mit Simulation bezeichnet wird ein wesentliches Hilfsmittel in der techni schen Bildung Ferguson 1993 zeigt in einem historischen R ckblick die bedeutende didaktische Funktion von technischen Modellen in der Ent wicklung und Verbreitung technischen Wissens Ferguson 1993 S 104ff 134ff vgl auch M ller 1980 S 20
41. Intelligent Agents and Endomorphic Systems Boston u a 96 lil Evaluationskonzept 97 Dieter Miiller 1 Evaluationskonzept im Modellversuch HYSIM Das vorliegende Evaluationskonzept st tzt sich unter anderem auf Ans t ze die in einem anderen Modellversuch im Bereich der beruflichen Bil dung entwickelt wurden vgl Fischer Lehrl 1989 In diesem Modell versuch ging es um die Entwicklung einer anwendungsorientierten Berufs bildungskonzeption die dem Ansatz des handlungsorientierten Lernens folgt Eine Besonderheit im Modellversuch HYSIM besteht gegen ber dem erw hnten Projekt allerdings darin da in diesem Vorhaben neben der Ber cksichtigung berufsp dagogischer Aspekte st rker auch andere For schungsfelder bei der Evaluation einbezogen werden m ssen vgl Kap I 2 Entsprechend der zu untersuchenden Problemfelder gilt es insbesonde re die Erfahrungen aus der Entwicklung und dem Einsatz hypermediaba sierter Lernprogramme im Unterricht in die Evaluation angemessen ein flie en zu lassen Dies erfordert die Ber cksichtigung entsprechender Konzepte die traditionell von der Informatik und dort insbesondere von der Softwaretechnik und der Software Ergonomie erforscht werden 1 1 Grunds tzliche berlegungen zu unterschiedlichen Evaluationskonzepten Evaluation kann definiert werden als die Beschreibung und Bewertung von in diesem Fall p dagogischen Vorhaben mit dem Ziel der Sammlung Verbreitung und Interpr
42. K nnens vermittelt werden kann Allerdings bestehen auch Grenzen der Simulation im Vergleich zu Realsystemen Denkt man an das Einrichten die Wartung und Instandhaltung der Maschinen an das konkrete Herstellen von Werk st cken und ihre Qualit tskontrolle weiterhin die F higkeit potentielle Fertigungsst rungen rechtzeitig zu erkennen um antizipatorisch einzugrei fen oder an die Identifizierung m glicher St rungsursachen usw dann wird klar da f r diese Qualifikationsanteile eine vollst ndige CNC Maschine unverzichtbar ist Niemand kommt ohne sie aus der die Ge samtqualifikation f r das Arbeiten mit dieser Technik vermitteln will Laur Ernst 1985 S 110 Zu einer hnlichen Einsch tzung kommt Kusch in einer vergleichenden Bewertung von CNC Ausbildungskonzepten Falls es zu technologisch bedingten Problemen w hrend der Fertigungsphase an einer Werkzeugma schine kommt z B falsches Werkzeug gew hlt zu hohe Schnittge schwindigkeit usw wirkt sich der mangelnde Vertrautheitsgrad der Si mulationsanwender negativ auf die Fertigungszeit aus Kusch 1992 S 89 Insofern kann wie der Autor hervorhebt auf eine Ausbildung am realen System d h an der CNC Maschine nicht verzichtet werden Diese Ergebnisse berraschen nicht sie illustrieren vielmehr da spezifi sche Formen von Proze wissen und operativen F higkeiten nur im kon kreten Umgang mit Werkzeugen Maschinen und Anlagen erlernt werden k nnen Da
43. Lernerfolg Individuelle Lernfortschritte waren m glich jeder Sch ler konnte sein Lerntempo selbst bestimmen H ufig wird diskutiert ob schwache Sch ler durch den unterrichtlichen Einsatz von Lern und Si mulationsprogrammen einerseits durch Vereinzelung und oder berfor derung noch mehr im Leistungsverm gen abfallen oder ob sie anderer seits besser unterst tzt werden Auf jeden Fall konnte ich feststellen da alle Sch ler in die Lage versetzt wurden sich wesentliche Unterrichtsin halte selbst ndig zu erarbeiten Die Ver nderungen in der Unterrichtsgestaltung ver ndern aber auch die Anforderungen in der Lehrerfort und Weiterbildung Die Unterst tzung der Lehrer durch Lehrerfortbildung ist dringend notwendig um die Zu kunftsperspektiven und die Einbeziehung neuer Entwicklungen zu f rdern Aufgrund der Erfahrungen im Unterricht l t sich die p dagogische Effizi enz von hypermediabasierten Simulationssystemen im Vergleich zu ge druckten Lehr und Lernmedien wie B chern und Arbeitsbl ttern sehr po sitiv einsch tzen Klassische Medien k nnen nicht in jedem Fall das gleiche leisten 243 Die kommerziell verf gbare Software l t sich nicht ohne weiteres in Hy permedia Systeme integrieren Es m ten zus tzliche Module entwickelt werden die als Bausteine f r ein Hypermedia System Robotik oder Montagesystem dienen k nnten Denkbar w re vielleicht ein Aufruf in nerhalb einer einheitlichen Oberfl che
44. MRL Mitsubishi Robot Language Im Sachwortverzeichnis sind alle im Programm vorkommenden Fachbegriffe als Hyper Links in alphabeti scher Reihenfolge nochmals aufgef hrt Der Lernende kann dieses Ver zeichnis als kleines Glossar der Robotertechnik betrachten ber dieses Glossar k nnen bestimmte Seiten schnell gesucht werden um so schnell an bestimmte Informationen zu gelangen 7 3 Beschreibung der Unterrichtseinheiten Die Simulationssysteme und die hypermediabasierter Lernsoftware wurde mit zwei Klassen der Fachoberschule mit der Fachrichtung Elektrotechnik im Fach Technische Informatik unterrichtlich erprobt Die Sch ler Sch lerinnen befanden sich nicht in den Klassen hatten bisher kaum Er fahrungen mit handlungsorientiertem Unterricht sammeln k nnen Der Unterricht wurde im Autolab durchgef hrt einem sehr gro r umigen La bor in dem ein flexibles Montagesystem FMS mit industrietypischen Komponenten installiert ist F r die Arbeit an den Simulatoren stehen sie ben PC Arbeitspl tze IBM kompatibel zur Verf gung Die Simulationen k nnen an einem Knickarmroboter erprobt werden F r den eher theoreti 238 schen Unterricht im Labor stehen auBerdem hinreichend Schreibplatze zur Verfiigung Unterrichtseinheiten zur Robotik wurden 1994 und 1995 als hand lungsorientierte Projekte durchgefiihrt in deren Mittelpunkt jeweils eine Lernaufgabe stand Da insbesondere in der zweiten Unterrichtseinheit ein Verbund aus dem
45. Netz ins neue Verzeichnis kopieren 4 Datei mit entsprechendem Entpacker dekomprimieren A Copyright Die im Rahmen des Projektes verwendeten Software Tools sowie die von uns zur Verf gung gestellten Laufzeitumgebungen unterliegen den Urheberrechten der jeweiligen Hersteller Bitte beachten Die von den Mitarbeitern des Projektes erstellte Software ist nur f r richtkommerzielle Zwecke zugelassen Sie ist kostenlos f r alle ffentlichen Schulen Hochschulen und nichtkommerzielle Bildungseinrichtungen Falls Ihnen die erforderlichen Entwicklungsumgebungen zur Verf gung stehen k nnen die einzelnen Software Module den eigenen Anspr chen entsprechend modifiziert werden Wir bitten allerdings darum den urspr nglichen Copyright Vermerk nicht zu entfernen D M ller 19 02 97 HYSDM Home Software Pool HESIM Tj fle C Eigene Dateienthysim html Hysim k_ueb4 html u 4 297 Anhang 4 Netscape HYSIM CNCHysim OF x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HYSIM Home Softwareliste r Programmname CNCHysim Autor Dieter M ller Uni Bremen Eckhard Meier Um Bremen Portierung Hypercard ToolBook Programmversionen 1 4 93 ToolBook 1 5 2 0 83 Hypercard 2 x Dateitransfer 1 ToolBook Version Dateigr e ca 40 KB gepackt zip Datei 2 Hypercard Version Dateigr e ca 40 KB gepackt hqx Datei Kurzbeschreibung Ein kleiner CNC Fras Simu
46. Programmpaket COSIMIR der selbsterstellten Lernsoftware ROBBI und dem Realsystem eingesetzt wurde beziehe ich mich im folgenden auf dieses Unterrichtsvorhaben f r das die folgende Lernaufgabe formuliert wurde Ein Betrieb zur Herstellung und Vertrei bung von Compact Discs m chte ein neues Verfahren zum Etikettieren der CD s einf hren Gliederung der Unterrichtseinheit Nach einer Einf hrungsphase wurden Arbeitsgruppen gebildet die ihre Vorgehensweise selbst ndig planten und abstimmten In der folgenden bersicht sind den einzelnen Unterrichtssequenzen die jeweils verwende ten Medien zugeordnet Unterrichtssequenz COSIMIR ROBBI Roboter Simulator Hypermedien Ausbildungs roboter Grundlagen der Robotertechnik x en Robotertechnologie im Kontext der x German Arata Tem Robotertypen und deren Einsatz x bereiche Roboterarbeitsraum achsen und arm Simulator Handling und Beispiel x x steuerungen am Roboter Programmieren von Roboter x x steuerungen Pr sentation der Ergebnisse EEE EEE or ae l Die Probleme in Lernaufgaben sollen die Lernenden mit Sachverhalten Fragen und Schwierigkeiten konfrontieren die selbst ndig bearbeitet werden k nnen Dabei soll die Entwicklung berufsbezogener umfassender Handlungsf higkeit gef rdert werden Gronwald Schmidt 1995 239 Angestrebte Fachqualifikationen Die Schiiler sollen die Einsatzgebiete sowie M glichkeiten und Grenzen eines Roboters nennen den
47. Rahmenbedingungen so zu gestalten daB Kommunika tions Informations und Reflexionsprozesse unter den Projektmitarbeitern erleichtert werden Zur Unterstiitzung dieses Prozesses wurden deshalb kontinuierliche Fortbildungen organisiert und durchgefiihrt Um die Ko operation und den Informationsaustausch zu verbessern fanden dariiber hinaus regelm ige Projekttreffen und mehrt gige Wochenendworkshops bzw Seminare statt Hierdurch war es m glich proze begleitend konkrete Arbeitsschritte zu planen zu beraten und gegebenfalls der jeweiligen Si tuation angemessen anzupassen 1 3 Zur Problematik der Evaluation von Lernsoftware Im Rahmen des hier dargestellten Evaluationskonzeptes erscheinen uns einige prinzipielle Anmerkungen zur Problematik der Evaluation von Lernsoftware notwendig da ein wesentlicher Untersuchungsbereich im Modellversuch HYSIM darin besteht die im Rahmen des Modellversuches HYSIM entwickelten und eingesetzten Lernsoftware Produkte einer p d agogischen Bewertung zu unterziehen Im Zuge einer solchen Evaluation ergibt sich die Notwendigkeit zur Identifizierung und Entwicklung von Bewertungskriterien zur Ermittlung von G te und Eignung hypermediage st tzter Simulationssoftware Dar ber hinaus mu die Vorgehensweise zur Durchf hrung der Bewertung bestimmt werden Bevor wir das methodi sche Vorgehen im Modellversuch HYSIM im einzelnen darstellen sollen zun chst g ngige Verfahren der Evaluation von Lernsoftware disk
48. Sinne ansprechen und zu mehr Erkenntnis f hren ist irrig Es geht nach unseren Erfahrungen eher darum aus einer w nschenswerten gro en Viel falt von Medien gleichzeitig nur wenige einzusetzen diese aber reflektiert Es geht um die Entwicklung einer konomie der Sinne In mehreren Un terrichtseinheiten z B Elektropneumatik SPS Pumpenstand wurde deut lich wieviel sinnvoller es ist eine st ndige Verbindung zwischen dem virtuellen Simulationsmodell und der Realanlage aufrechtzuhalten als die Anschaulichkeit der virtuellen Anlage durch mehr Medien zu steigern Wir sehen die gro en M glichkeiten von Hypermedia darin Br cken zwi schen Konkretem Gegenst ndlichem und Abstraktem Virtuellem zu un terst tzen In diesem Sinne f hrt eine reine Orientierung an Virtual Reality Konzepten in die falsche Richtung sie bedeutet den Verlust an Gegen st ndlichkeit und Durchschaubarkeit HYSIM als vernetzte Simulation hat durch das WWW als Kulturtechnik inzwischen eine gr erer Bedeutung gewonnen als von uns vorhergesehen Unsere Arbeit ist deshalb nur ein Tropfen im Meer der aufgeworfenen Fra gen Neue Konzepte der Information und Kommunikation im Lernproze sind zu erwarten Gemessen daran wie lange andere Medien Buch Film brauchten um sich theoretisch und praktisch zu entwickeln existieren in dem HyperSimulationsbereich noch zu wenig Erfahrungen Um angemes sene Konzepte und Theorien zu entwickeln sind noch viele Experimente 21
49. Untersuchungsphase von ca zwei Schulhalbjahren Informationen und Erfahrungen gesammelt und protokolliert Diese Erfah rungsberichte und Einsch tzungen der Lehrer aus den einzelnen Fallstudi en wurden dann im Rahmen eines Seminars vorgestellt und in Form einer themenzentrierten Gruppendiskussion strukturiert und reflektiert Dar ber hinaus wurden schriftliche Erfahrungsberichte anderer nicht direkt im Projekt t tiger Lehrkr fte ausgewertet Die Ergebnisse dieser Gruppendis kussionen flossen ein in die Entwicklung eines offenen Bewertungsrah mens vgl Abb 1 1 Dieser Rahmen diente dann in einer zweiten Unter 111 suchungsphase als eine zus tzliche Orientierungshilfe f r die Dokumenta tion und Bewertung weiterer Fallstudien 5 Eigenentwicklung von hypermediabasierten Systemen Ein wesentlicher Teil der im Unterricht eingesetzten Lernsoftware wurde von den Mitarbei tern des Modellversuches mit Hypermedia Entwicklungssystemen reali siert Die Dokumentation der einzelnen Systeme erfolgte von den jeweili gen Software Autoren und ist in den verschiedenen Zwischenberichten des Projektes HYSIM wiedergegeben Als Orientierungshilfe wurde ein Krite rienkatalog zur Dokumentation von hypermediagest tzten Lernprogram men entwickelt vgl Abb 1 2 Eine Kurzdokumentation der im Projekt entstandenen Lernsoftware wurde dar ber hinaus in die WWW Pr sentation des Modellversuchs aufgenommen vgl Anhang Diese Kurzdokumentationen basi
50. Verzeichnis der Anwendung befinden D M ller 3 12 1995 HYSIM Home Softwareliste HYSIM Ti Document Done a Z 320 Anhang 4 Netscape HYSIM Serielle Kommunikation File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help H SIM Home Softwareliste Programmname Seriele Kommunikation unter ToolBook Autor Dieter M ller Uni Bremen Programmversion Vers 1711 93 Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 25 KB gepackt zip Datei 60 KB entpackt Das Archiv enth lt 2 Dateien Kurzbeschreibung Dieses Beispiel demonstriert die M glichkeit der seriellen Kommunikation innerhalb emer ToolBook Anwendung Das Programm verwendet eine von mir entwickelte DLL die die serielle Kopplung ber die Ports des PCs abwickelt Gew nschte Datenformate k nnen mit Hilfe dieser DLL konfiguriert werden Die DLL kann auch in eigene Anwendungen z B f r Hardwareankopplungen benutzt werden u Test der Serlelle chnittstelle Datei Bearbeiten re Bearbeiten Datei Bearbeiten Jext Seite Hilfe Z 20O Seite Hilfe gesendet o Putter Fehlercode a Fehlen Anwendungsgebiete Technische Informatik Digitaltechnik Programmierung xl Tj Document Done a 4 321 Anhang 4 Netscape HYSIM Serielle Kommunikation File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Anwendungsgebiete Technische Informatik Digitaltechnik Programmierun
51. Weiterbildung mehr dar Anders als vor kurzer Zeit mu der Hardware Aspekt nicht mehr als kritischer Faktor gesehen werden S 33 256 Nicht Experten in einem vertretbaren Zeitaufwand Software erstellen k n nen Andererseits erschien es sinnvoll durch die Entwicklung hyperme dialer Simulationsumgebungen durch die Mitarbeiter des Projektes speziell auf die Bed rfnisse der spezifischen beruflichen Ausbildungsg nge sowie der jeweiligen Rahmenbedingungen der einzelnen Lernorte zugeschnittene Software zu schaffen Hinzu kam da im Bereich der beruflichen Bildung auch kaum geeignete hypermediabasierte Lernsoftware zur Verf gung stand die sinnvoll unterrichtlich eingesetzt werden konnte Es lag also nahe auf der Basis prototypischer Softwareentwicklungen eine empirische Basis zu erlangen um damit die Frage der Realisierbarkeit und Anwendbarkeit selbstentwickelter Software zu berpr fen Dar ber hinaus sollte in diesem Zusammenhang die M glichkeit kooperativer bzw parti zipativer Software Entwicklung ausgelotet werden Der Ansatz einer parti zipativen Software Entwicklung bei der Betroffene in unserem Fall also Lehrende und Lernende direkt die Entwicklung eines Softwareproduktes beeinflussen k nnen ist inzwischen eine anerkannte Software Engineering Methode mit der Software nutzerfreundlicher gestaltet wer den kann Dies war ein weiteres Argument eigene Softwareentwicklung im Rahmen des Projektes zu erm glichen Die Soft
52. Wochen nach Durchf h rung der Unterrichtseinheit im praktischen Versuch einsetzen konnten nutzten gern die Simulation um die Bedienung noch einmal zu ben Die Meinung der Sch ler Die Sch ler wurden nach der Unterrichtseinheit mit einem ausf hrlichen Fragebogen befragt Sie fanden das Lern und Simulationssystem im we sentlichen brauchbar und w nschten sich fter solche Systeme um die Funktion von technischen Ger ten und ihre Bedienung kennenzulernen Der Zwang mit Hilfe des Systems schriftliche Arbeitsunterlagen zu erg n zen wurde von einigen als sehr stumpfsinnig empfunden andere fanden dies f r sich aber als hilfreich Die o g erste Gruppe deckt sich weitge hend mit der Sch lergruppe die im sonstigen Unterricht Schwierigkeiten hatte l ngere Texte oder Anleitungen konzentriert zu bearbeiten Verein zelt kritisierten die Sch lerinnen und Sch ler die im Vergleich zu handels blicher Multimedia Lernsoftware karge Aufmachung Mangel an Video sequenzen grafische Darstellung Integration von Ton und Ger usch 226 wurde aber von allen Schiilerinnen und Schiilern mit der Begriindung ab gelehnt da im Klassenrahmen nur konzentrations hemmender L rm ent stehen w rde Positiv angemerkt wurden die vielf ltigen Navigationsm g lichkeiten die zur ihrer berraschung auch immer funktionierten Einzelne inhaltliche und technische Ungereimtheiten wurden inzwischen aufgrund der Sch lerr ckmeldungen behoben Organi
53. Zit in Zitzlsperger 1995 S 211 Weinert F E 1982 Selbstgesteuertes Lernen als Voraussetzung Me thode und Ziel des Unterrichts Unterrichtswissenschaft 2 S 99 110 Zimmer G Hrsg 1990 Interaktive Medien f r die Aus und Weiterbil dung Markt bersicht Analysen Anwendung Berlin Zitzlsperger H 1995 Ganzheitliches Lernen Welterschlie ung ber alle Sinne Weinheim Basel 54 Dieter Miiller 1 Lernen mit Hypermedia 1 1 Einf hrung Der Begriff Hypermedia beinhaltet sowohl ein neues Konzept als auch eine neue Technologie im Hinblick auf den Umgang mit Rechnern hnlich wie andere Entwicklungen in der Informationstechnik er ffnet Hypermedia erweiterte Einsatzbereiche insbesondere auch f r berufliche Bildungspro zesse Es existieren zwar zahlreiche Studien ber Hypermedien Kaum aber wissenschaftliche Erkenntnisse ber deren Einsatz in der gewerblich technischen Berufsausbildung Die didaktischen Potentiale von Hyperme dien unter Ber cksichtigung ihrer Gestaltung und Nutzung durch Lehr kr fte und Sch ler sind soweit es die gewerblich technische Berufsbil dung betrifft weitgehend unerforscht In j ngster Zeit erschienen einige interessante Ver ffentlichungen zum multimedialen Lernen in der Berufsbildung in denen auch z T Aspekte hypermediabasierter Lernumgebungen angerissen wurden vgl z B Geffert 1996 Lipsmeier 1996 Reuther 1996 Allerdings wurden die spe zifischen didaktischen Di
54. a und b gibt 1 aus fuer a gt b gibt 0 aus fuer a b gibt 1 aus f r a lt pD anf inu Eingabe a sta a sichern inu Eingabe b sta b sichern b noch im Accu sub a Vergleich mit a ja wird von b subtrahiert brz gleich wenn a b brp aKlb wenn a lt b jetzt ist a gt b lda 1 Die 1 soll sagen a gt b jmp ausg gleich lda 0 0 sagt a b jmp ausg aKlb lda 1 l sagt a lt b ausg out Ergebnis wird ausgegeben ende HALT a db 0 Platz fuer 1 Byte b db 0 END Pseudo Opcode Programm 5 1 Beispiel eines Quelltextes In einem Textfeld k nnen die Quelltexte eingegeben und berarbeitet wer den Die Steuerung erfolgt ber Schaltfl chen die je nach der Situation aktiviert oder inaktiv sind vgl Abb 5 1 Der Zustand der Schaltfl chen Edit Run Reset usw wird optisch dargestellt indem inaktive Schaltfl chen grau unterlegt sind Haltepunkte Breakpoints k nnen durch einfa ches Klicken in der ersten Spalte des Assemblats gesetzt oder gel scht werden Im unteren Drittel befinden sich links Navigations Schaltfl chen und unter dem Textfeld l t sich das RAM inspizieren Der untere Bereich dient zur Visualisierung der Vorg nge auf den Bussen und zeigt den inne ren Zustand der CPU Accu Hilfs und Status Register Programmz hler und Stapelzeiger Sollten beim Assemblieren Fehler auftreten so gibt es eine aussagekr ftige Fehlermeldung und nach Best tigen dieser
55. ankomme Lernsituationen zu schaffen die aktives Konstruie ren erlauben Die p dagogischen Ideen Paperts gehen unmittelbar auf das bei Piaget 1967 durchg ngig aufzufindende Prinzip zur ck da das Kind sein Wissen durch eigene konstruierende Aktivit t in t tiger Auseinander setzung mit seiner Umwelt erwirbt Papert selbst ein Sch ler Piagets hat den Begriff Constructionism in die p dagogische Diskussion einge bracht und pl diert f r den Einsatz entsprechender anregender rechnerge st tzter Lernwelten wie z B Mikrowelten in MultiLogo oder rechnerge koppelte Legomaschinen auch Hypermedia wird in der Forschungsgruppe 8 Constructionism wird in der dtsch Ausgabe des Buches Revolution des Lernens Papert 1994 mit Konstruktionismus bersetzt 68 um Papert als geeignetes Medium angesehen Harel Papert 1991 Res nick 1993 9 Interessant ist an diesem Konzept aus unser Sicht da hier nach Wegen gesucht wird rechnergest tzte d h virtuelle Welten physikalisch mit realen stofflichen Welten wie z B Legomaschinen zu verkn pfen Vor dem Hintergrund der hier er rterten Thesen da hypermediagest tzte Me dien aktives und vor allen Dingen konstruktives Lernen unterst tzen k n nen gehen wir davon aus da die Ankopplung realer Prozesse an hyper mediale Systeme insbesondere in der beruflichen Bildung eine interessante Perspektive darstellt Die Untersuchung dieser Frage hat deshalb eine zen trale Bedeutung
56. besonders n tig haben Lernorganisation Eine Simulation wie EduCPU kann in jedem Fachraum eingesetzt werden der mit den erforderlichen PCs ausgestattet ist An dieser Stelle sei noch einmal betont da ein Realsystem nicht ersetzt werden soll der Umgang mit dem Realsystem sei es der Ausbildungsrechner hier MFA oder ein g ngiger PC ist im Ausbildungsgang unverzichtbar und hat seinen Platz in dem zugeh rigen Unterrichtsfach Technische Informatik Praktikum zur Technischen Informatik Das wird sich hnlich auch bei den anderen im Modellversuch durchgef hrten Projekten darstellen wobei allerdings die Motivation zum Einsatz einer Simulation jeweils anders gelagert sein kann Bei EduCpu geht es eher wie oben gesagt um die Realisation einer virtuellen Modell CPU die unter didaktischen Gesichtspunkten konzipiert ist die es in Silizium nie geben wird und deren Programmierung bzw das Debuggen des Codes in eine unkomplizierte Bedienungsoberfl che ge 219 packt ist Sinnvoll kann m E EduCPU nur vor der Assembler Programmierung eines Realsystems eingesetzt werden da hat es seinen Platz und seine Berechtigung 5 2 Softwareentwicklung Nach der Realisierung dieses Projektes mit ToolBook die eingebaute Skriptsprache hei t OpenScript bin ich zu folgenden Einsch tzungen ge kommen Entgegen den werblichen Aussagen der Anbieter von Hyperme dia Systemen ist der Aufwand nicht zu untersch tzen die eine Implemen tierung mit sich b
57. between Real and Vir tual Modeling A new Approach to Human Computer Interaction Proc of IFIP 5 10 Workshop on Virtual Prototyping May 4 6 1996 Arlington Tx USA Bruns F W 1983 CNC Steuerung einer Mini Fr smaschine C S Ber lin Bruns F W 1993 Zur Riickgewinnung von Sinnlichkeit Eine neue Form des Umgangs mit Rechnern Technische Rundschau Heft 29 30 S 14 18 Bruns F W 1997 Sinnlichkeit in der Technigestaltung und handhabung Ein konstruktiver Ansatz In C Schachtner Hrsg Technik und Subjektivi t Suhrkamp Bruns F W Heimbucher A M ller D 1993 Ans tze einer erfah rungsorientierten Gestaltung von Rechnersystemen f r die Produkti on artec Paper 21 Bremen Carnap R 1922 Der Raum Kant Studien Erg nzungsheft Nr 56 To pos Verlag Fishwick P A 1995 Simulation Model Design and Execution Building Digital Worlds Englewood Cliffs New Jersey Frede W Hoppe M 1997 Eine Einf hrung in die Problematik der facharbeitergerechten Modernisierung von Werkzeugmaschinen In Schlausch R 1997 Arbeiten und Lernen mit facharbeitergerechten Drehmaschinen Bremen S IX XX Hartge T Melchior E M Pausch R 1996 Multimedia in der be trieblichen Weiterbildung QUEM Report Heft 41 Teil 1 S 158 ff Heydenreich H Dibner B Reti L 1980 Leonardo der Erfinder Stuttgart und Z rich Hoppe M Schulz H D 1995 Handlungslernen ein sinnstiftendes lern
58. dar Der sog objektorientierte Entwurf ist deshalb eine unverzichtbare Methode der Softwareentwicklung geworden vgl Booch 1991 Meyer 1990 Die Vorteile der Objektorientierung sind unumstritten und auch Hypermediasysteme bieten objektorientierte Konzepte f r die Entwicklung an 130 Modularisierbarkeit Im Hinblick auf den praktischen Einsatz von Pro grammiersprachen ist der Modularisierbarkeit von Programmsystemen eine gro e Bedeutung zuzumessen Modularisierung als Ausdruck der stati schen Systemstrukturierung hat schon fiir einen einzelnen Programmierer groBe Vorteile was die Uberschaubarkeit und Beherrschbarkeit des Ge samtsystems betrifft In gr eren Projekten mit mehreren Entwicklern ist eine Modularisierung unumg nglich Erweiterbarkeit und Flexibilit t Als letzten allgemeinen Aspekt wollen wir die inkrementelle Erweiterbarkeit einer Programmiersprache bzw der damit realisierten Anwendungen nennen Wir fassen darunter sowohl die Wiederverwendbarkeit von geschriebenem Code z B durch die M glich keit Programm oder Modulbibliotheken einzurichten als auch die Er weiterung der Sprache f r einen bestimmten Anwendungskontext 2 1 CNC Simulator Der im folgenden beschriebene Prototyp erm glicht die Simulation eines Fertigungsprozesse auf einer CNC Fr smaschine Die erste Version des Prototyps wurde mit Hypercard Apple Macintosh entwickelt Anschlie Bend wurde die fertige Applikation nach ToolBook MS Windows p
59. denke nur an eine CNC gesteuerte Werkzeugmaschine bei der das Werkzeug in die Spannvorrichtung f hrt Der Einsatz von Simulationen kann daher Kosten reduzieren und Folgekosten vermeiden Selbst wenn eine Simulation ein Realsystem so weit wie mit vertretbarem Aufwand eben m glich abbildet l t sich das Realsystem eben nicht durch die Simulation ersetzen weil im allgemeinen haptische Reize und Ger usche fehlen und vor allem in der besten Simulation nur das abl uft was der Autor des Simulators vorgesehen hat 1 10 Literaturhinweise Gorny P 1992 New Information Technologies in Education in the Fede ral Republic of Germany In European Joumal of Education 17 1982 339ff Hartge T Melchior E M Pausch R 1996 Multimedia in der be trieblichen Weiterbildung QUEM Report Heft 41 Teil 1 S 158 ff Lusti M 1992 Intelligente tutorielle Systeme Eine Einf hrung in wis sensbasierte Lernsysteme M nchen Wien 263 Dieter Miiller 2 Empfehlungen zur Lehrerfortbildung in Hypermedia Die nachfolgenden eher skizzenhaften Uberlegungen zur Entwicklung eines curricularen Rahmenkonzeptes fiir die Lehrerfortbildung basieren in erster Linie auf den Erfahrungen und Ergebnissen dieses Modellversuches Beriicksichtigt werden einerseits die im Rahmen des Projektes durchge f hrten Fortbildungen und Seminare andererseits die empirischen Ergeb nisse aus den durchgef hrten Unterrichtsprojekten 2 1 berlegungen
60. des Modellversuches HYSIM wurden umfangreiche unter richtsbezogene Praxisstudien in verschiedenen Bremer Berufsschulen durchgef hrt Im einzelnen wurden vier berufliche Schulen mit sehr unter schiedlichen Bildungsg ngen in die Untersuchung einbezogen Neben den im Modellversuch t tigen Lehrkr ften gelang es in einzelnen F llen auch externe Kolleginnen und Kollegen in die Evaluation einzubeziehen Insge 247 samt wurden 8 hypermediabasierte Lernprogramme einer genaueren Unter suchung unterzogen Erprobt und evaluiert wurden diese Systeme in f nf unterschiedlichen beruflichen Bildungsg ngen mit sehr unterschiedlichen Lerngruppen und mit divergierenden Rahmenbedingungen Lernsoftware Bildungsgang Software Funktion der Software Unterrichtseinheit Lerngruppen typ im Lehr u Lernproze Serielle Kommunikations Simulator Einf hrung in die 1 Schnittstelle elektroniker in Hypertext digitale Daten bertra E BS 2 gung SPS gesteuerte Industrieme Simulator Unterst tzung beim Auf 2 Pneumatik chaniker in Hypertext bau von Steuerungen E BS 2 Selbsthalte Industrieme Simulator Einf hrung in die 3 schaltungen chaniker in Hypertext Steuerungstechnik E BS 3 Mikroprozessor Techn Assistent Program Einf hrung in die ma 4 E in f r Informatik miersystem schinennahe Program BFS 1 Hypertext mierung Vakuumtechnik Phys techn Simulator Kennenlernen einer 5 E Assistent
61. dynamischer paralleler Ab l ufe Er wirft Fragen auf nach den Problemen und Erkenntnisobjekten die Ge genst ndlichkeit verlangen und denen f r die Gegenst ndlichkeit hinder lich ist Sind unsere Gedanken auch die abstraktesten gebunden an Ge genstandlichkeit Ist der abstrakte mathematische Raum wie ihn Carnap 1922 in Abgrenzung zum anschaulichen und physischen Raum be schreibt nicht auch einer der Begriffe verwendet hinter denen sich an Ge genst nden orientierte Erfahrungen verbergen wie das Sortieren das Ver gleichen das Trennen das Verbinden usw Welche Bedeutung hat Ge genst ndlichkeit f r das Durchdringen komplexer technischer Zusammen h nge vgl Bruns 1997 Unser Ansatz der inzwischen zu ersten Prototypen gef hrt hat vgl Brauer 1996 bekommt in der Forschungslandschaft der Modelltheorie und praxis einen besonderen Stellenwert seitdem auch andere einflu reichere Institutionen dieser Orientierung zur Gegenst ndlichkeit bzw zum physi kalischen Raum folgen wie das MediaLab vom MIT mit den Tangible Projects vgl MIT 1996 das Europ ische Informationstechnik Programm ESPRIT mit seinem neuesten Projekt Intelligence Information Interface bei denen es ebenfalls ausdr cklich um eine Alternative zum Verschwinden in der Virtualit t geht Man kann diese Entwicklungen als konsequente Fortsetzung einer lang anhaltenden wissenschaftlichen Aus einandersetzung verstehen die wir in der Mediendidaktik
62. einen ersten Eindruck zu gewinnen Es fehle ein kleines Simulationsprogramm mit dem man Ro boterbewegungen und Koordinaten darstellen und auch ver ndern kann 7 5 Zusammenfassung und Ausblick Nach den in den Unterrichtsvorhaben gesammelten Erfahrungen sind beide Simulationspakete gut f r den Einsatz im Unterricht geeignet Die Kel ler Robotik Pakete erm glichen eine stufenweise Einf hrung in die The matik leider k nnen jedoch beide Pakete nur mit zwei verschiedenen Softwareschutzeinrichtungen sog Dongles benutzt werden so da ein flexibler Einsatz an verschiedenen Rechnern nicht m glich ist Das Simu lationspaket COSIMIR ist ein Programm zur Simulation von Robotern und 241 zum Online Betrieb des Knickarm Roboters Mitsubishi RVMI es enth lt keine Einf hrung in die Robotik Aufgrund der bisherigen Unterrichtser fahrungen kann man sagen da das Lernprogramm ROBBI in Verbindung mit den eingesetzten Simulatoren eine gute Einf hrung in die Robotik er m glicht In beiden Unterrichtseinheiten hatte selbst ndiges und autonomes Lernen eine zentrale Bedeutung Die Offenheit der Lernsituation erm glichte in beiden Unterrichtseinheiten einen interessanten und abwechslungsreichen Verlauf Im Mittelpunkt stand die Aneignung von funktionalen und extra funktionalen Qualifikationen die in solchen offenen Lernformen wesent lich durch die Simulations und hypermediabasierten Lernprogrammen unterst tzt wurden Im Lern und Erkennt
63. eines offenen Curriculums das aus einzelnen modularen Bausteinen aufgebaut ist Diese Bausteine m ssen so gestaltet 267 werden da sie sowohl einzeln als auch im Zusammenhang einen sinn vollen Bezug zur diskutierten Thematik herstellen Bei Bedarf m ssen ein zelne Curriculumbausteine modifizierbar sein ohne da das Gesamtkon zept aufgegeben werden mu Da ein Curriculum f r eine Lehrerfortbildung deshalb nicht ausschlie lich auf spezielle Systeme und Technologien z B spezifische Hardware oder Hypermedia Systeme ausgerichtet werden sollte mag durch die obi gen Ausf hrungen deutlich geworden sein Der Ansatz Fortbildungskurse durchzuf hren die im Kern auf die Ent wicklung von Lernsoftware zielen ist u E nicht ausreichend und w rde weder die Bed rfnisse der Berufsp dagogen im allgemeinen noch die zeit lichen und inhaltlichen M glichkeiten von Lehrerfortbildungen reflektie ren Daraus resultiert nicht zwangsl ufig da die Entwicklung hyperme dialer Lernsoftware nicht auch Gegenstand von Fortbildungen sein sollte allerdings m te sie einen deutlich anderen Stellenwert erhalten und nur eine Option innerhalb eines umfassenden Curriculums bieten Die im Rahmen des Modellversuches gewonnen Erfahrungen bez glich der durchgef hrten Fortbildungsma nahmen haben deutlich gemacht da es unerl lich ist die unterschiedlichen Vorkenntnisse und Erwartungen der Lehrerinnen und Lehrer in differenzierter Weise
64. enth lt die spezifi schen Daten der jeweiligen Anwendungen also informative Hypertexte Bildmaterialien Simulationen usw Der Bedienungsbereich stellt verschie dene allgemeine Programmfunktionen die f r die gesamte Hypermedi aumgebung vorhanden sind Navigation Suche History Funktion usw zur Verf gung Die f r eine Hypermedia Anwendung bedeutsamen Navigationselemente befinden sich rechts innerhalb des Bedienungsbereiches Implementiert wurden folgende Navigations Funktionen e Pfeil links Zur ck zur vorherigen Seite bzw Informationsknoten des aktuellen Themenbereiches 151 e Pfeil nach oben Sprung zur ersten Seite des bergeordneten Themas bzw zum ersten Informationsknoten in der n chst h her gelegenen Hierarchieebene e Pfeil rechts Weiter zur n chsten Seite bzw zum n chsten Informati onsknoten im aktuellen Themenbereich e Gebogener Pfeil Zur ck zur zuletzt gelesenen Seite bzw Informati onsknoten im aktuellen Themenbereich Am Fensterrand links befinden sich weitere Buttons mit zus tzlichen Funktionen Die Schaltfl che Chronik erm glicht das Anzeigen einer History Die History beinhaltet ein Aufzeichnen Trace derjenigen Benut zeraktionen die die aktuelle Lokalisierung des Benutzers in der Hyperme diaumgebung sprunghaft ver ndern wie zum Beispiel das Verfolgen eines Verweises engl links oder das Starten von Anwendungen innerhalb der Hypermediaumgebung Durch den implementierten History Tra
65. erster Linie an Auszubildende in elektro und metalltechnischen Berufen sowie an Sch lerinnen und Sch ler der Fach oberschule in diesen Berufsfeldern In diesen Bildungsg ngen wird die Ro botertechnik im Unterrichtsfach Technische Informatik unterrichtet Das Programm ist zum unterrichtsbegleitenden Einsatz konzipiert worden kann aber auch unabh ngig z B als reines Informationssystem genutzt werden Die gesch tzte Gesamtdialogzeit mit dem Programm betr gt ca zwei bis drei Unterrichtsstunden Das Lernprogramm ist inhaltlich in vier Stufen gegliedert die thematisch aufeinander aufbauen Am Ende jeder Stufe gibt es einige Testfragen zum jeweiligen Abschnitt Der Benutzer kann sich entweder systematisch in das Thema Robotertechnik durch das Durcharbeiten von Stufe zu Stufe einar beiten oder auch das Programm als Hypertext betrachten und sich so auch eher unsystematisch dem Thema n hern Die Lernstrategie bleibt dadurch weitgehend dem Lernenden berlassen sie wird ihm nicht durch das Lern programm vorgegeben Grundlagen der Robotertechnik Ioj xi Datei Bearbeiten Text Seite Hilfe ROBBI Grundlagen der Robotertechnik Arbeitsraum Der Arbeitsraum eines Roboters ist der Ted Schema Arbeitsraum Realbild des Bewegungsraumes den der Flansch am Ende des Roboterarmes mit der Gesamtheit aller Achsenbewegungen erreichen kann Der Arbeitsraum ist eine charakteristische Gr e f r die Beurteilung der Anwendungsm g lichke
66. erw hnt bedeutet der bergang von Hypertext zu Hypermedia da Dokumente au er Text noch andere unterschiedliche Medien beinhalten k nnen wie z B Grafik Ton und Film Auch in traditionellen relationalen Datenbanken ist es m glich solche unterschiedlichen Datenstrukturen zu speichern und zu verwalten Die Art der Verkn pfungen mu jedoch pr definiert bzw ber spezielle Datenbankabfragesprachen hergestellt wer den w hrend bei Hypermedia Systemen die Information assoziativ ent sprechend des eigenen Interesses ber einfache Zeige und Gehe zu Operationen abgerufen bzw die Verbindung festgelegt werden kann Der Anwender kann sich interaktiv und assoziativ entlang dieser Verbindungen zwischen den einzelnen Informationen Knoten fortbewegen wobei er unter Umst nden eine deutlich aktivere Rolle einnehmen kann als bei line ar organisierten Systemen Hypermedia Systeme repr sentieren eine neuen Generation von Software und dies sowohl in Bezug auf die M glichkeiten f r eine benutzerorien tierte Gestaltung der Mensch Computer Schnittstelle als auch f r die auf gabenzentrierte Bereitstellung von Funktionalit t zur Unterst tzung von Lehren und Lernen Hierzu ist es n tig einerseits die M glichkeiten die dieses Konzept bietet kreativ zu entfalten und andererseits neue Erfahrun 74 gen mit entsprechenden Realisierungen zu sammeln Im Rahmen des hier beschriebenen Modellversuches wird davon ausgegangen da durch die Ko
67. geistige Aktivit t sind Nehmen was man hat improvisieren sich behelfen Und ein wahrer bricoleur hat Werkzeuge in seiner Kiste die ber einen langen Zeitraum durch einen Proze bei dem nicht nur der praktische Nutzen eine Rolle spielte ausgew hlt worden sind Diese mentalen Werkzeuge sind genauso abgegriffen und bequem wie die materiellen Werkzeuge des rei senden Kesselflickers sie werden das Gef hl des Vertrautseins des sich Wohlf hlens vermitteln sie werden das sein was Illich als umg nglich und ich in Gedankenblitze als syntonisch bezeichnet habe Hier verwen 7 Anmerkung D M Papert S 1980 Mindstorms Children Computers and Power ful Ideas New York dt Gedankenblitze Kinder Computer und neues Lernen Rein beck 1985 38 de ich das Konzept des bricolage um Vorstellungen und Modelle zu ent wickeln mit denen die Fertigkeiten mentale Konstruktionen zu bauen und zu reparieren und auszubessern verbessert werden k nnen Ich be haupte da es m glich ist systematisch seine F higkeiten als bricoleur zu verbessern Papert 1994 S 159 Bricolage beschreibt sehr zutreffend eine Methode des Entdeckens die in spezifischen Phasen des experimentierenden Umgehens mit Simulations modellen au erordentlich wichtig ist Aus verschiedenen Simulationspro jekten Fertigungssimulation Hafensimulation die in Kooperation mit Industriepartnern durchgef hrt wurden wissen wir da gerade in fr hen
68. heraus da der Einsatz von Si mulationssystemen Realsysteme einspart Die Kosten f r 6 8 vollst ndig eingerichtete Roboterpl tze sind wesentlich h her als die Einrichtung einer 242 entsprechenden Zahl von Computerarbeitspl tzen Durch die Reduzierung der Risiken bei Fehlbedienung an den Realsystemen durch risikoloses Pro behandeln am Simulator werden die Kosten wesentlich geringer als ohne Simulatoren Aufgrund meiner Unterrichtserfahrungen und der R ckmel dungen der Sch ler mu ich die didaktische Wirksamkeit und Reichweite von gezielt entwickelter hypermediagest tzter Lernsoftware als sehr gut bezeichnen Nicht nur die kognitiven Lernprozesse wurden gef rdert be sonders die Motivation und die Unterst tzung bei der planvollen und ge zielten L sung von Lernaufgaben hat sich positiv herausgestellt Die Un terst tzung durch begleitendes Informationsmaterial und Arbeitsb gen ist nach meiner Einsch tzung allerdings unerl lich Meine Erfahrungen bei der Hard und Softwarenutzung im Unterricht wa ren durchweg erfreulich Die Sch ler sind unbefangen und selbst ndig mit ROBBI umgegangen es hat ihnen weitgehend Spa gemacht mit den Me dien zu arbeiten Dies lag nicht nur am Neuigkeitseffekt sondern auch an der Abstimmung zwischen Hypermedia Programm und schriftlichen Ar beitsmitteln Gruppenarbeitsprozesse wurden unterst tzt und gef rdert die Arbeit in kleinen Gruppen erh hte die Aufmerksamkeit die Effizienz und den
69. ihrer p dagogischen Re flektiertheit durch das hohe Engagement der beteiligten Lehrer ihres Glei chen sucht F r diesen locker verbundenen Baukasten wurden die folgen den teilweise in den vorhergehenden Beitr gen bereits vorgestellten Kom ponenten entwickelt 1 Hypermedia Lernsoftware die ber einen Navigationsrahmen WWW Browser sowohl im Fernbetrieb ber das Internet als auch lokal von ei ner CD ROM oder Festplatte benutzbar ist e Simulation eines Mikroprozessors EduCPU e Serielle Schnittstelle e CNC Simulatoren e Elektropneumatik und Speicherprogrammierbare Steuerung SPS 272 e Elektropneumatische Selbsthalteschaltung e SPS Einf hrung Slim e Vakuumpumpenstand e Zahnrad Konstruktion e Interaktives Buch zur Lagerkraftberechnung 2 Animationsstudien die das neue Medium unter dem Aspekt der techni schen Handhabbarkeit in seinen Grenzbereichen erkunden e Montage einer Zahnradpumpe e Fl ssigkeitsstr mungen in einer Zahnradpumpe e Funktion und Konstruktion einer Evolventenverzahnung e Kinematik einer Kurbelschleife 3 Unterrichtsprojekte mit Sch lerbeteiligung e Virtueller Funktionsgenerator 4 Ideen und Bausteine f r Lehrer und Sch lerentwicklungen e Sprechblasen Hilfe e Serielle Kommunikation aus ToolBook 5 Studien zur Hypermediatechnik e Orientierung und Navigation in R umen e Interaktionskonzepte e Fotorealistische Animationen e Aufbau und Pflege von Hyperstrukturen e Navigation in
70. im Modellversuch HYSIM Ein anderes Beispiel das die konstruktiven Elemente von Hypermedien anspricht geben Beeman Anderson et al 1987 allerdings aus der Sicht der Entwickler hypermediabasierter Lernmaterialien sie haben bei der Evaluation von Intermedia festgestellt da der Lerneffekt bei Personen die an der Entwicklung hypermediabasierter Materialien beteiligt waren erheblich h her war als bei den Benutzern eine Best tigung da Lernen durch Tun auch oder gerade im Zusammenhang mit der Gestaltung hy permediabasierter Materialien sehr wirkungsvoll sein kann Eine Erfah rung die sich brigens auch im Projekt HYSIM best tigte und eine Leh rergruppe dazu motivierte ein Unterrichtsprojekt durchzuf hren in dem Sch ler selbst ein kleines hypermediabasiertes Me system entwickelt ha ben J ger Buschart Herzog 1995 Inwieweit die von vielen Autoren ge u erte These mit Hilfe hypermedia ler Lernumgebungen werde aktives konstruktives und entdeckendes Ler nen d h letztendlich handlungsorientiertes Lernen gef rdert mu aller dings an Fallbeispielen evaluiert werden Kritiker u ern die Vermutung da die positiven Effekte im Zusammenhang mit hypermedialen Lernange 9 Zur Kritik vgl Mangold Allwin 1990 Sting 1992 Mangold Allwin 1990 gibt u a eine informative Zusammenfassung zu empirischen Studien in denen die Programmier sprache LOGO evaluiert wurde 10 Intermedia ist ein an der Brown University entwi
71. in die Entwicklung von Hypermedia Anwednungen Bemerkungen Wenn alle Ubungsdateien in einem Verzeichnis z B Uebung 1 gespeichert werden k nnen mit dem Startprogramm start tbk die einzelnen Beispiele leicht aufgerufen werden Hardwareumgebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung Fj Document Done a 4 323 Anhang 4 Netscape HYSIM bungen 2 File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help H SIM Home Softwareliste Programmname bungen 2 Dynamische Verkn pfungsbibliotheken DLLs Autor Dieter M ller Uni Bremen Programmversion Vers 1 Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 170 KB gepackt zip Datei Kurzbeschreibung Dies ist eine Sammlung von Hypertext Anwendungen die das Konzept der Einbindung von Softwarekomponenten zB DLLs benutzen Diese Beispiele haben wir als bungen in unseren Fortbildungsveranstaltungen verwendet Aufruf einer Windowsfunktion Einbinden einer eigenen DLL Windowsfunktion nutzen Systemzeit Openscnpt Nachricht an ToolBook senden ToolBook Befehl n einer DLL ausf hren Objekte aus ToolBook aufrufen Jeweils mit Quellcode Borland C und Pascal Anwendungsgebiete Fortbildungsmatenalien Fortgeschrittene Programmierkenntnisse in Pascal oder C notwendig Bemerkungen Wenn alle Ubungsdateien in einem Verzeichnis z B Uebung 2 gespeichert w
72. k nnen verschiedene Parameter variert werden Das Programm berechnet jeweils die einzelnen Kr fte und Hebelarm L ngen Bildschirmfoto zeigen Anwendungsgebiete Mechanik Physik Bemerkungen Die Anwendung soll das Konzept eines interaktiven Lehrbuches auf der Bas s von Hypertext demonstrieren es kann um weitere Beispiele erg nzt werden Es steht auch eine mit MacroMind Director 3 1 Apple Macintosh entwickelte Variante zur Verf gung Hardwareumgebung Betriebssysteme 1 PC min 386 MS Windows ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung gt Ti Document Done u Z 304 Anhang 4 Netscape HYSIM Serielle Datenubertragung File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HY SIM Home Softwareliste F Programmname Die serielle Daten bertragung Autor G nther Grager Pierre Tussinger Berufsschule fiir Elektrotechnik Bremen Programmversion 12 95 Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 200 KB gepackt zip Datei 560 KB entpackt Verf gbar sind auch Unterrichtsmaterialien die der Kollege Kurt Eblinger Berufsschule f r Elektrotechnik in Bremen erstellt hat Eine bersicht zur Reihenfolge der Materialien ist jeweils als Hilfe Datei beigef gt Teil 1 und Teil 2 der Unterrichtsmaterialien vom Server laden Kurzbeschreibung Die Anwendung Senelle Schnittstelle besteht aus einem Hypertext Modul zur Vermittlung der grundlegenden Kenntnisse in
73. kern Dabei hatten letztere erwartungsgem wesentlich gr ere Probleme beim Verst ndnis der abstrakten Zusammenh nge in elektrischen Schal tungen Mit dieser Lerngruppe wird normalerweise die Selbsthalteschal tung im Rahmen des Elektrotechnik Labors nicht behandelt und auch in der sp teren Ausbildung spielt die Steuerungstechnik nicht die Rolle wie bei den Industriemechanikern Dennoch war immerhin etwa die H lfte der Gruppe in der Lage die Vorg nge anhand der Einzelschritt Simulation nachzuvollziehen Bei den Industriemechanikern waren nach zwei Durch g ngen 8 von 10 Auszubildenden in der Lage z B die Aktion des jeweils n chsten Schritts vorherzusagen Einer weiteren Gruppe von Industrieme chanikern die den Elektropneumatik SPS Kurs bereits absolviert hatten wurde die Simulation ebenfalls gezeigt Auch hier zeigten sich durchaus positive Effekte durch den Einsatz der Simulation Erfahrungen im Labor Elektropneumatik 3 Ausbildungsjahr Im n chsten Halbjahr wurden die weiterentwickelten Simulationen mit zwei Lerngruppen des Ausbildungsberufes Industriemechaniker im Labor Elektropneumatik SPS Technik erprobt Die erste Gruppe war recht inter essiert und dem Stoff soweit gewachsen da auch einzelne Sch ler vor der Klasse Teile der Simulation auf Zurufe der anderen Sch ler und des Leh rers reagierend vorf hren konnten Wie schon zuvor stellte sich auch hier der in Einzelschritten animierte Stromlaufplan der Selbsth
74. klares Bild ber das didaktische Po tential des jeweiligen Realsystems bzw Simulators zu verschaffen Bei der Frage ob ein Real bzw Simulationssystem oder eine Kombination von beiden in der Berufsschule zum Einsatz kommen sollte mu auch der di 43 daktische Stellenwert von Schule und Betrieb beriicksichtigt werden In der betrieblichen Ausbildung hat das Realsystem sicherlich eine viel gr Bere Bedeutung als in der Berufsschule da es in der betrieblichen Ausbil dung prinzipell st rker um die Vermittlung operativer F higkeiten geht die nur m konkreten Umgang mit Werkzeugen Maschinen und Anlagen er lernt werden k nnen In der schulischen Ausbildung steht das Erlernen konzeptionellen Wissens st rker im Vordergrund das nicht immer realer Systeme bedarf 1 5 Transformationsproblematik Simulation als reduzierte nachgeahmte oder vorweggenommene Realit t initiiert solche Lernprozesse bei denen die Rahmenbedingungen der Anei gung von F higkeiten sich unterscheiden von denjenigen der sp teren An wendung in der Realsituation Dies ist die klassische Problematik des Transfers gelernter F higkeiten bzw gelernten Wissens auf sp tere An wendungssituationen Lerntransfer F r die Beurteilung der N tzlichkeit von Simulator Lernen ist die Frage des Lerntransfers von gro er Bedeu tung Die humanistische P dagogik war von der universiellen Transfer wirksamkeit der sog formalbildenden F cher wie beispielsweise Latein so
75. m E derzeit wichtiger als eine verfr hte Verallgemeinerung und Strukturierung zur Theorie Bemer kenswert und sehenswert finde ich die praktischen Ergebnisse e ein Baukasten interessanter Hypermediamodule die eingehen werden in die schulische Praxis und in weitere Forschungsprojekte Leonardo und BeNet2 e ein Konzept f r eine neue Umgangsform mit Rechnern RealReality das bereits auf gro es Interesse der wissenschaftlichen Fachwelt ge sto en ist 3 DFG F rderungen Diese Ergebnisse waren nur m glich dank der berw ltigenden Motivation und des Einsatzes der Kollegen in den Schulen dank Dieter M llers uner m dlicher Vermittlung zwischen Wissenschaft Schulpraxis und Verwal tung Achim Heimbuchers k nstlerischer Beratung und Eckhard Meiers Umsetzung dank einer ungewohnt unb rokratischen und inhaltlich orien tierten Kooperation mit den Vertretern der Beh rde Dr Rolf M hlenbrock und J rgen Steenbock und nicht zuletzt dank der unkomplizierten gro z gigen F rderung durch das Bundesministerium f r Bildung Wissenschaft Forschung und Technologie 2 Leonardo ist ein F rderprogramm der Europ ischen Union BeNet ist ein BLK Modellversuch zum Thema Berufliche Bildung und internationale Datennetze 288 1 4 Literatur Brauer V 1996 Simulation Model Design in Physical Environments ACM SIGGRAPH Computer Graphics Vol 30 No 4 November 1996 S 55 56 Brauer V Bruns F W 1996 Bridging the Gap
76. nen befassen vgl hierzu auch die Theorien mentaler Modelle Dutke 1994 25 Stellt man sich konsequent auf den Standpunkt der Allgemeinen Modell theorie so wird man in einer solchen Vorgehensweise alles andere als eine didaktische Notl sung sehen Ropohl betrachtet die Modellmethode im Unterricht deshalb auch als selbstverst ndliche Konsequenz reflektieren der Erkenntnistheorie w hrend die Versuche den Unterricht zu den Sachen selbst zu bringen offenkundig eher einem naiven Realismus ver pflichtet zu sein scheinen Ropohl 1980 S 125 Durch die Akzentuierung des Wesentlichen und der Unterdr ckung des Unwesentlichen ist Simulation imstande das Anliegen einer didaktischen Vereinfachung zu erf llen Die von Informatikern und Systemtheoretikern oft beklagte Tatsache da Simulatoren nur Teilaspekte der Realit t abbil den stellt sich p dagogisch gesehen nicht unbedingt als Nachteil dar Komplexit tsreduktion ist in der Regel lernf rderlich da sie dazu beitr gt einerseits Informationsvielfalt zu vermindern und anderseits elementare Komponenten des Systems st rker zu akzentuieren Voraussetzung ist al lerdings da lernrelevante Aspekte des Originalsystems identifiziert und in ein Simulationsmodell didaktisch transformiert werden k nnen F r die Gestaltung von rechnergest tzten Simulationsmodellen resultiert daraus da die didaktische Transformation bzw Modellbildung nach Ma gabe didaktisch leitender Intentio
77. sef higkeiten in Simula tionen besonders gut anwenden trainieren und ver ndern lassen n mlich 6 Zur Definition von Problemsituationen siehe Edelmann 1993 S 342 34 dadurch daB die Wirkungen eigenen Handelns beobachtbar und damit modifizierbar werden Da Rechnerprogramme letztendlich komplex ver netzte Strukturen repr sentieren sei der Lernende auch mit Hilfe dieser Technik in der Lage diese leichter zu erfassen Vester 1984 argumentiert in hnlicher Weise und pl diert daf r mit Hilfe rechnergest tzter Simulationen vernetztes Denken zu trainieren um Ler nende auf diese Weise auf komplexe Problemsituationen vorzubereiten Dabei geht Vester davon aus da Simulationen in besonderer Weise ge eignet sind vernetzte Strukturen und Prozesse in komplexen Systemen die mit Hilfe unserer intuitiven Wahrnehmung nicht erfahrbar sind wieder verstehbar zu machen Vester hat seinen Ansatz praktisch umzusetzen ver sucht In dem von ihm konzipiertem Umwelt Simulationsspiel kolopo ly lernt der Spieler ein kosystem in seiner Komplexit t Anzahl von Sy stemkomponenten seiner Dynamik Ver nderung des Systems ber die Zeit seiner Vernetztheit Abh ngigkeit der Systemvariablen untereinan der und seiner Transparenz nach und nach zu durchschauen und zu be herrschen Andere Autoren vgl Daldrup 1987 S 28 weisen allerdings darauf hin da die mit Hilfe von Simulationen zu bearbeitenden Probleme sich auf kognitive Ana
78. sich durch den Einsatz von Simulationssoftware im Unterricht Kosten einsparen lassen soll nachfolgend n her betrachtet werden Wie schon unter dem Aspekt der Softwareentwicklung beschrieben ist der Entwicklungsproze eigener Simulationen recht zeitaufwendig und es ent stehen hierdurch zun chst einmal Kosten Da im vorliegenden Fall kein Realsystem durch den Softwareeinsatz ersetzt wurde entf llt auch hier ein Einsparungsmoment Dieser Fall ist auch nur dort von Belang wo aus Ko sten oder Sicherheitsgr nden die Anschaffung eines Realsystems f r den Unterricht von vornherein ausscheidet Wenn immer m glich sollten die Sch ler jedoch Handlungskompetenz am Ger t selber erlangen Dabei al lerdings k nnen Simulationen eine hilfreiche Erg nzung darstellen die zur Vermeidung von Fehlbedienung am Realger t beitragen und hierdurch Ko sten sparen helfen kann Als Beispiel mag hier der Einsatz der Reed Sensoren an den verwendeten Pneumatikzylindern dienen In der Vergan genheit wurden je Halbjahr in der Regel 6 8 Sensoren zum Preis von ca 150 pro St ck durch Fehlanschlu im Labor zerst rt Allein hier ergibt sich schon ein beachtliches Einsparungspotential wenn durch die An 212 schauung des Funktions und Anschlu schemas der Simulation zuk nftig weniger Fehlverdrahtungen vorkommen hnliches gilt f r die Relais Hier ist die Simulation jedoch noch erg nzungsbed rftig um auch eine Probe verdrahtung am Rechner vor dem reale
79. tswahrnehmung 92 Kognitive Flexibilit t 67 Kognitive Plausibilit t 65 Kognitive Werkzeuge 88 Komplexit t 24 25 Konnektionismus 66 Konzeptuelles Modell 88 Kooperatives Lernen 71 Korrespondenzthese 65 Kostenaspekte 262 L Legomaschinen 68 Lehrerausbildung 179 Lehrerfortbildung 173 265 Empfehlungen 265 Kursbausteine 269 Leistungsbewertung 190 208 Lern und Erkenntnisproze 187 206 Lernen aktives 68 entdeckendes 33 37 68 experimentelles 32 experimentierendes 32 exploratives 37 explorierendes 33 Handlungsaspekt 189 207 219 handlungsorientiert 24 handlungsorientiertes 39 69 hypermediagest tzt 55 konstruktives 68 69 Lernorganisation 189 207 219 227 Motivation 29 72 206 probleml sendes 33 selbstgesteuertes 35 71 situiertes 70 Lernmotivation 29 72 Lernsoftware Entwicklungsaufwand 261 Lernsoftware Evaluation 104 Frageb gen 106 im Modellversuch HYSIM 108 Interaktion 107 Kriterienkataloge 105 Vergleichsevaluation 106 Macromind Director 144 164 MediaLab 285 Mehrebenensimulation 81 Beispiele 90 335 bersicht 89 Methodenbank 86 Modell gegenst ndlich stoffliches 88 mentales 88 92 Modellbank 86 Modellbenutzung 29 Modellbildung Siehe auch Modellierung 26 Modelle technische 23 Modellexperiment 26 Modell Hierarchien 87 Modellierung 28 Abstraktionsebenen 87 abundante 28 formal strukturelle 29 konzeptuelle 88 Methoden 87 Original Modell Abbildungen 29 surjektive 28 Taxonomie nach F
80. tzte Si mulations und Lernsysteme oder gar Multimedia Lernsoftware zu geben Der Einsatz solcher Medien wird auch sicher in mittlerer Zukunft nicht wie je nach Blickrichtung bef rchtet oder gehofft wird den Alltag in Schulen bestimmen Dazu m ten die entsprechenden Rechner st ndig und in ausreichender Qualit t und Anzahl in den Unterrichtsr umen verf gbar sein Ansonsten wird das Medium wie Film und oder Video eingesetzt werden m ssen 229 Gegen ber diesen hat es aber sicher einige Vorteile Verschiedene Pr sentationsm glichkeiten Texte Standbilder Grafiken und bewegte Bil der beliebige individuell vom Sch ler steuerbare Wiederholbarkeit und Reihenfolge der Informationen machen das Medium sicher unterrichtlich interessanter und effektiver Wenn dann auch noch attraktiv dargestellte Simulation die M glichkeiten zu aktivem Handeln geben so ist dies sicher ein richtiger Schritt weg vom lehrerzentrierten zum mehr sch lerbezoge nen Unterricht Die Realisierung dieses Projektes zeigte jedoch auch da die Entwicklung solcher Medien sicher nicht von einzelnen Lehrerinnen oder Lehrern zu leisten sein wird sondern sie wird wie die Entwicklung anderer Medien von professionellen Autoren durchgef hrt werden m ssen Wenn Verlage solche Medien entwickeln werden sie sich aber aufgrund der hohen Ent wicklungskosten auf marktg ngige Lerngebiete konzentrieren m ssen Ein anderes Einsatzgebiet wird sicher der Bereich von Schu
81. und spanlose Fertigungstechniken Planen Erstellen und Testen von CNC Programmen Kollisionsbetrachtungen Visualisierung von Zerspanungsprozessen e Handhabungstechnik Robotik Planen Erstellen und Testen von Roboterprogrammen Simulation von Montageprozessen Veranschaulichung komplexer Kinematiken von Handhabungssystemen e Steuerungstechnik Planen Erstellen und Testen von SPS Programmen Simulation von Steuerungs und Regelungsprozessen Simulation von St rungen 85 e Informations und Kommunikationstechnik Simulation und Visualisierung von Algorithmen Simulation von Rechner Architekturen CPU Simulation Visualisierung von Dateniibertragungsverfahren in Netzwerken e Werkstofftechnik Simulation von Werkstoffverhalten Visualisierung von chemischen Vorg ngen 1 2 Integration von Simulation und Hypermedia Perspekti ven technischer und didaktischer Realisierung Die Vielfalt die ein solches Lernsystem er ffnet wird durch ein hyperme diabasiertes Framework Navigations und Steuerungsrahmen technisch realisiert vgl hierzu Kap IV 5 1 Ein solches Hypermedia Framework integriert verschiedene Simulationsmodelle unterschiedlicher Abstrakti onsebenen und Anwendungsrichtungen Modellbank Dar ber hinaus k nnen unterschiedliche Modellierungsmethoden als allgemeine Hilfsmit tel zur Beschreibung von Modellen eingebunden werden Methodenbank Anwendungs modelle Modellierungs
82. unscharf definierte und unstrukturierte Probleme in einem Bereich der dem Leser neu ist Kuhlen 1991 unterscheidet hier zwischen ungerichtetem und gerichtetem Browsing Bei ungerichtetem Browsing existiert keine Planung oder Strategie wie bestimmte Information gesucht werden sollen Lassen sich Benutzer dabei allein von der Attraktivit t des Informationsangebots leiten so erfolgt das Browsing assoziativ One bit of information triggers an association with another bit of information McAleese 1993 Bei gerichtetem Browsing erfolgt die Exploration eines Hypermediums mit der Absicht eine ganz spezifische Information zu fin den Die Benutzer orientieren sich bei dieser Art des Vorgehens sowohl an bestehenden pragmatischen und semantischen Beziehungen des Inhalts von Informationsknoten mit denen der gerade aufgesuchte Knoten ver Kn pft ist Eine weitere Form des Informationszugriffs und der Navigation ist das Verfolgen vordefinierter Pfade Vordefinierte Pfade bestehen aus fest ver kn pften Knoten die eine bestimmte Reihenfolge der Navigation inner halb einer Hypermedia Anwendung vorsehen Der Benutzer wird hierbei durch eine entsprechende Benutzerf hrung z B durch Anklicken einer Weiter Taste automatisch zu bestimmten Informationsknoten gef hrt In der Regel besteht die M glichkeit von diesen Pfaden abzuweichen zu mindest sind bei den meisten Anwendungen R ckspr nge m glich Vorab definierte Pfade im Sinne einer gef hrten U
83. unterschiedliche Weise und aus unterschiedlichen Blickwickeln den Versuch ein solches Konzept didaktisch weiter auszu formen softwaretechnisch zu realisieren und an Unterrichtsbeispielen zu evaluieren 1 5 Literatur Bader R 1991 Entwicklung beruflicher Handlungskompetenz durch Verstehen und Gestalten von Systemen Ein Beitrag zum systemtheo retischen Ansatz in der Technikdidaktik In Die Berufsbildende Schule 43 Jahrg 1991 Heft 7 8 S 441 458 Barker P G Manji K A 1991 Designing Electronic Books In Educational and Training Technology International 4 28 1991 pp 273 280 Bertuch M 1991 Des PC neue Wirklichkeiten Multimedia zwischen Anspruch und Kommerz In c t 1991 Heft 10 S 40 ff Blinn J 1987 The Mechanical Universe Jet Propulsion Laboratory SIGGRAPH Video Review Issue 25 ACM SIGGRAPH Publication Computer Graphics 1987 Bruns F W 1990 Die Simulation als Qualifikationsmittel In 3 Sach bericht Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der be ruflichen Bildung Bremen 1990 S 157 ff Bruns F W M ller D 1993 Simulation und Berufliche Bildung In 1 Zwischenbericht zum Modellversuch Hypermediagest tzte Simulati onssysteme f r berufliche Schulen Bremen S 35 94 Diehl R 1988 Der sanfte Crash Kollisionspr fung in einem Volumen modellierer In CAE Journal 4 88 Dutke S 1994 Mentale Modelle Konstrukte des Wissens und Verste hens G ttinge
84. werden kann vgl S 2179 e Situative quivalenz bestehend aus Gestaltungs und Funktions qui valenz 13 Anstelle der Theorie der formalen Diziplin schlug als erster Thorndike 1924 seine Theorie der identischen Elemente vor Sp ter wurde diese Theorie zu einer hnlich keitstheorie weiterentwickelt vgl Anderson 1996 S 292 Ingley und Anderson 1989 zit bei Anderson 1996 S 300 bieten eine moderne Version von Thorndikes Theorie der identischen Elemente 45 e Handlungs quivalenz bestehend aus psychophysischer perzeptiver und intraphysischer quivalenz sowie Lehr Lernhandlungs qui valenz und Lernleistungs quivalenz Dieterich geht davon aus da die Simulationsmethode unter lernpsycholo gischen Aspekten eine qualitativ hochwertige transfererzeugende Lernhilfe darstellt Simulatoren als Nachahmer oder Ahnlichmacher erweisen sich somit als Medien der Erm glichung von Lerntransfer S 216 Dutke 1994 S 152 u 173 diskutiert die Transferierbarkeit von Wissen unter dem Aspekt der Erweiterung eines mentalen Modells um neue An wendungsbereiche Der Autor betont da insbesondere das aktive Explo rieren innerhalb von Anwendungsprogrammen die Bildung von mentalen Modellen f rdere und den Lerntransfer durch das Benutzen von geeigneten Analogien erleichtere S 152 Die Analogiehaftigkeit elaborierter menta ler Modelle verbessert demnach die Transferleistung 1 6 Gegenw rtige Simulationssysteme und ihre
85. wir hier auch Formen des experimentieren den Lernens Simulationsmodelle sind immer auch vereinfachte Abbilder der Realit t insofern wird beim Lernen mit Simulationen auch die Frage der didaktischen Transformation und Vereinfachung angesprochen 1 2 1 Simulationsmodelle als Mittel der Komplexit tsreduktion Eines der h ufig genannten Argumente f r den Einsatz von Simulatoren im berufsschulischen Unterricht resultiert aus der Annahme da mit Hilfe der Simulation Zug nge zur Erschlie ung von komplexen Vorg ngen erm g licht bzw komplexe Realit t berhaupt erst erfahrbar gemacht werden 24 kann Begr nden l t sich diese These sowohl aus einer lernpsychologi schen als auch modelltheoretischen Perspektive Aus lernpsychologischer Sicht bewirkt der Einsatz realer Systeme im Un terricht in vielen F llen da Lernende kognitiv berfordert werden ins besondere wenn sie mit einer neuen Problematik konfrontiert sind Lern barrieren entstehen weil Realsysteme in der Regel eine viel h here Merkmals Funktions und Bedienungskomplexit t enthalten als entspre chend didaktisch aufbereitete Lernmedien Dies best tigen sowohl eigene Erfahrungen als auch Ergebnisse aus verschiedenen Forschungsprojekten Bruns Busekros Heimbucher 1992 Es bedarf daher zus tzlicher Metho den und Konzepte die es erm glichen praxisnahe Veranschaulichung und Konkretisierung im Unterricht so weit wie m glich zu erhalten und gleich zeitig die
86. zu achten da Ei genentwicklungen sich auf spezifische individuelle Anwendungsfel der konzentrieren und ein gewisses Ma der Bescheidenheit nicht berschreiten Weiter ist es sinnvoll da keine unsinnigen Doppe lentwicklungen von bereits verf gbarer Software vorgenommenen werden 2 Qualifizierung Es m ssen Arbeitskreise f r interessiertes und enga giertes Lehrpersonal organisiert werden Es bietet sich an dieses im Kontext von Lehrerfortbildungen etwa durch entsprechende Vertie 261 fungskurse fiir Software Autoren zu realisieren Neben solchen Fortbildungsveranstaltungen k nnten auch im Rahmen fortlaufender Kurse projektartig Lernprogramme entwickelt werden die dann auch anderen Kolleginnen und Kollegen zur Verf gung gestellt werden k nnten 3 Schaffung von Zeitkontingenten Um die Entwicklungsarbeiten er folgreich durchf hren zu k nnen m ssen entsprechende Zeitkontin gente eingeplant werden Inwieweit ein solcher Ansatz tragf hig ist h ngt sicher auch von der Bereitschaft der Schulverwaltungen ab hierf r entsprechende zeitliche Freir ume f r Software Autoren zu schaffen 4 Einsatz geeigneter Autorensysteme Nur mit Hilfe leistungsf higer Software Tools die auf die Erfordernisse hypermedialer Lernsysteme hin konzipiert sind ist es m glich Lernsoftware effektiv zu entwik keln Interessant sind unseres Erachtens Java basierte Konzepte Java bietet ein leistungsf higes Softwarekonzept Portabilit
87. zu reflektieren Zur konzeptionellen Weiterentwicklung wird deshalb vorgeschlagen die wei teren berlegungen an Aspekten zu orientieren die die systematische Be handlung von Hypermedia bzw digitalen Medien unter verschiedenen Sichtweisen bzw Perspektiven erlauben Die Ziele und Inhalte eines ent sprechenden Curriculums Hypermedia lassen sich unter folgenden Aspekten darstellen die unterschiedliche Komplexit tsgrade implizieren e Anwendungsaspekt e Technologischer Aspekt e Gesellschaftlicher Aspekt e Gestaltungsaspekt e P dagogischer Aspekt Diese f nf Aspekte sind bez glich einzelner zu planender Kurseinheiten nach M glichkeit inhaltlich zusammenh ngend zu ber cksichtigen Die 268 einzelnen Schwerpunkte sind dabei so zu setzen da Situationen proble matisiert werden bei denen Lehrer sowohl Benutzer als auch Betroffene dieser Technologien sind 2 3 Kursbausteine Wie schon an anderer Stelle dargelegt sollte eine Lehrerfortbildung in Hypermedia nie eine strenge ausschlie lich auf Hypermedia Systeme ausgerichtete Struktur haben Vielmehr sollten einzelne sinnvolle Kur selemente geschaffen werden die als Einzelbausteine weitgehend in sich abgeschlossen sind Aufbauend auf diesen Grunds tzen werden deshalb folgende aufeinander aufbauende Kursbl cke vorgeschlagen Grundkurs I Didaktische M glichkeiten von Hypermedia Grundkurs Il Nutzung von Hypermedia Aufbaukurs I Nutzung von Hypermedia
88. zus tz lich explorative Software Studien durchzuf hren um neuartige Ideen und Konzepte in die fortlaufende Projektarbeit einbringen zu k nnen Dabei wurde davon ausgegangen da Ergebnisse aus diesen Studien auch die im Modellversuch mitarbeitenden Lehrer bei der Entwicklung eigener hyper medialer Materialien produktiv unterst tzten k nnten Vor dem Hinter grund dieser berlegungen entschieden wir uns im Modellversuch HYSIM f r ein experimentelles Vorgehen auf der Basis des sogenannten Software Prototyping Im folgenden werden zun chst der konzeptuelle Hintergrund sp ter dann exemplarisch Ans tze und prototypische Umsetzungen hyper medialer Lernumgebungen dargestellt die im Rahmen der wissenschaftli chen Begleitung entwickelt bzw durchgef hrt wurden 1 1 Konzepte Prototyping wird h ufig bei der Konstruktion und Produktentwicklung so auch bei Softwareentwicklungen angewandt Ziel dieser Methode ist das schnelle Realisieren von Funktionen um feststellen zu k nnen ob diese den Anforderungen der zu l senden Probleme gerecht werden Die sich daraufhin anschlie ende Entwicklung des endg ltigen Produkts ist dann mit hoher Wahrscheinlichkeit mit weniger Risiken behaftet Die Charakte ristika des Prototyping sind minimaler Aufwand und kurzfristige Ergebnis se zu Lasten von Effizienz Programmlaufzeit Speicherbedarf Nutzung bestimmter Rechner Eigenschaften usw und Funktionalit t Software Prototyping ist besonders geeign
89. zwei Sch ler beschr nkt bleiben Bew hrt hat sich eine Kombinati on beider Methoden Zuerst erfolgt eine einf hrende Demonstration durch den Lehrer Dabei wurden bewu t nur die f r die Vorbereitung des Schal tungsaufbaus wesentlichen Punkte der Software vorgef hrt W hrend der anschlie enden Praxisphase konnten sich die Sch ler dann bei Bedarf in Kleingruppen selber an den Rechner setzen um entweder die Schaltungs funktion dort wo es mit dem Verst ndnis noch hakte zu rekapitulieren oder um das weitere Umfeld der Schaltung zu erkunden Da von diesem Angebot reger Gebrauch gemacht wurde kam es nat rlich h ufiger zu Engp ssen Hier h tten ein bis zwei zus tzliche Rechnerarbeitspl tze si cher eine deutliche Entlastung gebracht Die Konzeption des Laptop Einsatzes verf gt weiterhin ber den nicht zu untersch tzende Vorteil da Vorf hrungen flexibel und mobil in jedem Klassenraum z B im Rahmen des Theorieunterrichts als Vorbereitung und Begleitung des Laborunterrichts stattfinden k nnen und man nicht auf die Verf gbarkeit entsprechend ausger stete Fachr ume angewiesen ist Einen Nachteil stellt wegen der geringeren Anschaulichkeit die Beschr nkung auf Schwarz Wei Darstellung bzw Graustufen dar Farb LCD Displays schieden jedoch wegen der hohen Kosten und der geringen Lichtst rke im Zusammenhang mit den in der Schule vorhandenen Overheadprojektoren aus F r den erweiterten Einsatz auf Sch lerrechnern mit Farbmonitor
90. 1 Produkte Der urspr nglich von uns angestrebte enge einheitliche Steuerungsrahmen Modell und Methodenbank f r eine enge Kopplung zwischen verschie denen Simulationsmodellen unterschiedlicher Abstraktionsebene und An wendungsrichtung Abb 1 1 zwischen denen Lehrende und Lernende inhaltsorientiert ohne st renden Rechnerbedienungs und verwaltungs aufwand navigieren k nnen sollten konnte nicht realisiert werden Dies hatte mehrere Gr nde zum einen waren die technischen Voraussetzungen Autorensprachen Simulationssprachen Zielrechner Multimediaplatt formen daf r noch nicht ausreichend zum anderen waren die Anwen dungsgebiete zu heterogen als da sich ein direkter Bezug zwischen ihnen als sinnvoll erwiesen h tte 271 4 Mehrebenensimulator Gesamt system p cam p QF Einzelne Prozesse gt CAD Wirk prinzipien gt Gr Energie F Steuerung CNC Fertigung co Transport Lagern Go o H Montage Instandhaltung il Steuerung Programm lolx Abb 1 1 Mehrebenensimulation Des weiteren h tte ein starr vorgegebener Konzeptrahmen auf einer mach baren Ebene die Experimentier und stark eingeschr nkt und damit die Er kenntnism glichkeiten erheblich reduziert Gerade durch den rechtzeitigen Verzicht auf eine strenge Vereinheitlichung konnte eine Vielfalt locker zusammenh ngender Simulationsmodelle und Unterrichtseinheiten entste hen die in ihrem gewachsenen Praxisbezug und
91. 241f Hervorh D M Sicherlich hat die Bewertung von Lernsoftware mittels Kriterienkatalogen ihre Bedeutung dennoch ist ihre Reichweite im Hinblick auf das was sie oft zu leisten versprechen eingeschr nkt und wie Baumgartner oben an deutet methodisch nur vordergr ndig objektiv hnliche Bedenken u ert Biermann 1994 Mit den Kriterienkatalogen werden meist keine einge henden theoretischen Begr ndungen f r Qualit tsstandards und auch keine empirischen Forschungsergebnisse mitgeliefert die der Konstruktion des Bewertungsinstruments zugrunde lagen S 132 Dar ber hinaus so 2 Einen berblick ber vorhandene Kriterienkataloge z B PN Beurteilungsbogen SODIS Gro e Pr fliste von Thom gibt Biermann 1994 105 Biermann seien Kriterienkataloge meist fach und schulartunspezifisch angelegt und beriicksichtigten keine spezifischen Einsatzgebiete und Pro grammarten S 133 Wir teilen im Wesentlichen diese Einsch tzung und meinen da vorhandene Kriterienkataloge zwar nicht berfl ssig aber f r den Versuch einer wissenschaftlichen Evaluation von Software nur einge schr nkt im Sinne einer ersten Orientierung eingesetzt werden sollten Schriftliche Befragungen auf der Grundlage standardisierter und struktu rierter Frageb gen sind in wissenschaftlichen Untersuchungen zur Eva luation von Lernsoftware ebenfalls beliebt vgl z B Wagner 1994 S 126ff Im Vergleich zu anderen Formen der Informationsgewinnung
92. 3D Visualisierung des Zerspanungsprozes ses hilfreich f r die eigenst ndige Bew ltigung Fehlersuche und beseitigung schwieriger Programmteile Kusch 1992 S 88f Unabh ngig von berzogenen und p dagogisch auch problematischen Vorstellung des Selbstlernens am Rechner als generelles Lernprinzip sind ohne Zweifel Konzepte interessant die Lernenden den individuellen Um gang mit Software erleichtern ohne gleich Lehrkr fte berfl ssig machen zu wollen Im Zusammenhang mit rechnergest tzter Simulation stellt sich beispielsweise die Frage wie die selbst f r Experten schwierige Phase der Modellbildung so gestaltet werden kann da auch Anf nger m glichst oh ne externe Hilfe zu funktionierenden Modellen gelangen k nnen Als ein intermedi res Konzept Zwischenglied das Lernende auf einen Weg zur angemessenen Konzeptionierung von Modellen bringen K nnte diskutiert Hartog ein qualitatives Kausalmodell das im Alltagsdenken eine wichtige Rolle spielt Hartog 1989 Selbst wenn solche Denkformen von einigen Didaktikern als unwissenschaftlich angesehen werden kann man nicht bersehen da sie f r kognitive Prozesse eine bedeutsame Rolle spielen Wissenschaftlich interessante Perspektiven bieten dazu insbeson dere Ans tze der sog qualitativen Simulation vgl bersicht bei Puppe 1990 S 103 Die Technik der qualitativen Simulation dient zur Vorhersage in Berei chen in denen die konventionellen Typen der Simulation numeris
93. 44 Vil Ergebnisse Empfehlungen und Perspektiven 245 246 Dieter Miiller 1 Zusammenfassung der Ergebnisse In diesem Kapitel sollen die Erfahrungen und wissenschaftlichen Ergeb nisse des Modellversuches HYSIM zusammenfassend dargestellt werden Beriicksichtigung finden sollen die im Rahmen der Begleitforschung durchgef hrten Studien zur Realisierung hypermediabasierter Simulatoren vgl Kap IV als auch die in den verschiedenen Modellversuchsschulen durchgef hrten Prasixstudien vgl Kap VD Dar ber hinaus werden die theoretische Konzepte zu den Bereichen Modellbildung und Simulation und Hypermedia soweit sie im Projekt aufgearbeitet bzw weiterentwik kelt werden konnten reflektiert werden Die Ergebnisdarstellung soll vor dem Hintergrund der Projektziele vgl Kap I schwerpunktm ig unter folgenden Aspekten vorgenommen werden e Wirksamkeit und Reichweite hypermediagest tzter Simulation unter Ber cksichtigung lernpsychologischer und didaktisch methodischer Aspekte e Problematiken der Hard und Softwarenutzung im Unterricht unter Beriicksichtigung softwaretechnischer und ergonomischer Aspekte e M glichkeiten und Grenzen einer benutzerorientierten Anwendungs entwicklung mit Hilfe von Hypermedia Entwicklungssystemen durch betroffene Lehrkr fte e Einsch tzungen zur p dagogischen Effizienz hypermediabasierter Simulatoren im Vergleich zu anderen Lehr und Lernmedien 1 1 Empirische Basis Im Verlaufe
94. 5 wie dieser Modellversuch erforderlich Ein Stufenkonzept fiir Experimente auf breiter schulischer Basis K nnte sein 1 Sequentielle Texte werden mit Spriingen und Simulationsfunktionen versehen es entsteht das Interaktive Buch 2 Abgegrenzte Wissensgebiete wie Elektropneumatik werden als Un terrichtseinheiten gestaltet Wichtig w re dabei die Erfahrung unter schiedlicher Formen der Organisation der Medien der Werkzeuge und der Prozesse 3 Eine Vernetzung von Schule und Betrieb k nnte neue Formen der Theorie Praxis Beziehung erkunden Die vertikale Mehrebenen und die horizontale Netze Vielfalt f hren leicht zur Desorientierung Sie erfordern viel Erfahrung und Selbstbe schr nkung sie erfordern eine neue Form des Umgangs Der hohe Zeit aufwand f r individuelle Entwicklungen verlangt nach h herer Modulari t t Wiederverwendbarkeit und der Organisation von Fachgruppen Die Probleme der Distribution Entwickler Anwender Kooperation verlangen ein einheitliches Konzept von off line und on line Vertrieb und Navigati on Die von Hartge et al 1996 festgestellten M glichkeiten Grenzen und Perspektiven des betrieblichen Multimediaeinsatzes k nnen wir in mehre ren Punkten auch durch die Erfahrungen unseres Projektes best tigen Ei nigen Aussagen m ssen wir jedoch f r den schulischen aber auch betrieb lichen Bereich widersprechen Zustimmung finden die Aussagen S 158ff e Multimedia ist kein genereller Ersatz f
95. 6 S 234 Trigg 1983 hatte bereits 1983 eine ausge feilte Taxonomie von 75 typisierten links vorgeschlagen z B Abtraktion Beispiel Formalisierung Anwendung Vereinfachung Widerlegung Un terstiitzung Daten Diese hier zitierten Taxonomien sind nur eine kleine Auswahl der in der Hypertext Literatur vorfindbaren Systematiken vgl Schulmeister 1996 S 233ff Sie sind sicherlich hilfreich fiir die Gestal tung und Evaluation von Hypermedia allerdings ist mitzubedenken da die relationalen Eigenschaften von links immer auch abh ngig sind von der Interpretation des Benutzers eines Hypermedia Systems Verkn pfungen k nnen entweder in der Information eines Knotens ver borgen sein oder sie werden in der Darstellung besonders hervorgehoben z B durch Wortunterlegung Bei Aktivierung einer Verkn pfung z B durch einen Mausklick wird der mit dem aktuellen Knoten verkn pfte Informationsknoten aufgerufen und dessen Inhalt auf dem Bildschirm dar gestellt Die in einer Hypermedia Anwendung fest implementierten Ver kn pfungen werden auch als Pfade bezeichnet 1 4 Hyperstrukturen Die zwischen den Informationsknoten einer Hypermedia Anwendung be stehenden Verkn pfungen bestimmen im wesentlichen wie die verschiede nen Informationseinheiten logisch strukturiert sind Dementsprechend kann die Struktur von Hypermedia Dokumenten unterschiedlich ausge pr gt sein Gloor 1990 S 14 unterscheidet hierarchische sequentielle unstrukturi
96. 9 Im Fachunterricht der Berufsschule ist es nicht un blich technische Zu sammenh nge Vorg nge usw mit Hilfe technischer Funktions Modelle zu simulieren z B mit Hilfe von Motoren Pumpen Regelungsstrecken oder Steuerungseinrichtungen Diese technischen Modelle bestehen Z T aus Komponenten realer Systeme in vielen F llen auch aus stark redu zierten Modellen die nur wenige Attribute ihrer Originale abbilden den noch eine didaktische Funktion erf llen Neue Perspektiven f r den Einsatz der Simulation in der beruflichen Bil dung er ffneten sich durch die Verf gbarkeit relativ preiswerter Arbeits platzrechner und Personal Computer Ende der 70er Jahre Nun war es m glich mit Hilfe rechnerbasierter Modelle die Simulation f r neue Lern bereiche in der beruflichen Aus und Weiterbildung einzusetzen Im Zuge dieser Entwicklungen entstanden Ausbildungssimulatoren die in erster Linie f r das Beherrschen technisch komplizierter stark computerisierter Systeme wie Steuerungen konzipiert und eingesetzt werden Derartige Simulatoren findet man heute f r rechnergest tzte Fertigungseinrichtungen z B CNC Dreh und Fr smaschinen Industrieroboter und Anwendun gen aus der Steuerungstechnik z B SPS Pneumatik Einige dieser Si mulatoren insbesondere f r das Drehen und Fr sen haben seit einigen Jahren eine gr ere Verbreitung in der beruflichen Bildung gefunden We 23 niger genutzt werden Simulationen fiir das Lehre
97. 993 Didaktisches Design fiir die multimediale arbeitsorientierte Berufsausbildung Bundesinstitut fiir Berufsbildung BIBB Berlin Schmidt H 1993 Multimediale Lernumgebungen fiir Un und Ange lernte Kurzdarstellung des Projekts COALA Computerunterstiitztes Arbeitsplatznahes Lernen fiir An und Ungelernte In Schenkel P u a Hrsg 1993 S 181 196 78 Schulmeister R 1996 Grundlagen hypermedialer Systeme Theorie Didaktik Design Bonn Paris Schupp P 1992 Hypertext Handbuch der Informatik Bd 10 1 Miin chen Wien Shneiderman B Kearsley G P 1989 Hypertext Hands on Reading MA Spiro R J Jehng J Ch 1990 Cognitive Flexibility and Hypertext Technology for the Nonlinear and Multidimensional Traversal of Complex Subject Matter In Nix D Spiro R J eds Cognition Education and Multimedia Exploring Ideas in High Technology Hillsdale NJ u a pp163 205 Sting S 1992 Turtle Bildung In Neue Sammlung 32 1992 S 371 385 Streitz N A 1991 Hypertext Bestandsaufnahme Trends und Perspekti ven In Encarnacao J Hrsg 1991 Telekommunikation und mul timediale Anwendungen der Informatik GI 21 Jahrestagung Darm stadt 14 18 Oktober 1991 Proceedings Berlin Heidelberg u a S 543ff Tergan O S 1996 Hypertext und Hypermedia Konzeptionen Lern m glichkeiten Lernprobleme In Issing Klimsa 1995 S 123 137 Trigg R H 1983 A Network Based App
98. 994 S 11ff 231 Riidiger Wolter 7 Unterrichtliche Erprobung von Simulationspaketen zur Robotik 7 1 Didaktische Aspekte zum Einsatz von Roboter simulationen Die gegenw rtige Tendenz der Verwendung vom Robotern in der Ferti gung geht offensichtlich in Richtung der Integration von Robotern in den Gruppenarbeitsproze Das bedeutet da Roboter in flexible Montagesy steme oder Fertigungsinseln eingebaut werden und dort direkt von den Mitarbeitern konfiguriert und programmiert werden m ssen Entsprechend sollten zuk nftige Fachkr fte auch f r die Programmierung von Robotern qualifiziert werden Seit einiger Zeit gibt es f r diesen Bereich kommerzi ell verf gbare Robotersimulationssysteme die auch gut f r die Ausbildung geeignet sind Vor diesem Hintergrund habe ich im Automatisierungslabor AutoLab des Schulzentrums Vegesack in Bremen zwei Simulationssysteme in Ver bindung mit hypermediabasierter Lernsoftware unterrichtlich erprobt Zum Einsatz Kamen e Grundsoftware Robotik und Movemaster Robotik Profi Software die dankenswerterweise f r die Zeit des Projektes von der Fa Keller Didaktik Technik Wuppertal leihweise zur Verf gung gestellt wur de e Robotersimulationsprogramm COSIMIR der Fa Festo die von der Fa Festo dankenswerterweise f r die Zeit des Projektes ebenfalls leihweise zur Verf gung gestellt wurde e die Hypermedia Lernsoftware ROBBI erstellt von Studenten der Universit t Bremen e ei
99. B in Hypermedia Systemen birgt also viele Vorteile dariiber hinaus aber auch Risiken Tergan 1996 S 132f Die Problematik einer Informations berflutung und eines damit einherge henden Orientierungsverlustes wird durch den Einsatz neuer digitaler Me dien wie beispielsweise Hypermedia zweifellos verst rkt vgl Schaub 1995 Die vom Computer vorgelegte Geschwindigkeit und Bearbeitungs kapazit t geht in vielen F llen ber die M glichkeiten des Lernenden hin 73 aus AuBerdem ist er im Regelfall nicht in der Lage die Korrektheit von Programmen in der Weise zu tiberpriifen daB er die damit gewonnenen Fakten und Informationen verifizieren kann Dennoch bleibt die Ergebnis kontrolle letztlich ein nicht delegierbarer Part des Menschen Die gleich zeitige Forderung nach Ergebniskontrolle und ihre faktische Unmdglich keit ist damit ein informations technologisches Paradoxon 1 8 Zusammenfassung Hypertext bezeichnet das Konzept eines nichtsequentiellen Textes das es erlaubt durch die Nutzung von Verbindungen zwischen miteinander in Zusammenhang stehenden Inhalten zu weitergehenden vertiefenden In formationen zu gelangen Hypermedia ist eine Ausdehnung der Hypertext Konzeption von reinem Text auf verschiedenartige Medien Im Gegensatz zu konventionellen Systemen k nnen dabei Informationen in den verschie densten Formen multimedial Texte Zahlen Bilder Ton Animation gespeichert verarbeitet und dargestellt werden Wie
100. Bildschirm seite 205 4 2 Didaktische Aspekte Lern und Erkenntnisproze Da die Lern und Simulationssoftware zur Elektropneumatik als Erg n zung des bestehenden Laborunterrichts konzipiert wurde war von vorn herein kein Ersatz der Realsysteme geplant So f hrt der Einsatz der Si mulation denn auch nicht zum Erfahrungsverlust da der direkte handlungsorientierte Schaltungsaufbau nach wie vor im Zentrum des Un terrichts steht Jedoch f hrt die Software nach Meinung der Sch lerinnen und Sch ler zu einer eindeutigen Verbesserung der Anschaulichkeit in den Bereichen des Elektroschaltplans und dessen Anbindung an die Pneumatik Durch die Selbsterkl rung des Schaltplans sowie seiner Einzelkomponen ten im Verbund mit der Simulation des Funktionsablaufs wird die Be griffsbildung der Thematik nachhaltig verbessert Zus tzliche Erkl rungen und Einzelsimulationen ausgesuchter Bauteile unterst tzen diesen Aspekt weiterhin Besonders die Hilfestellung beim Verst ndnis der Schaltung und ihrer in neren Zusammenh nge erleichtern den Transfer auf das Realsystem Hier seien Funktion und Beschaltung der Relais sowie der Reed Sensoren her vorgehoben die erfahrungsgem den Sch lern beim praktischen Schal tungsaufbau die gr ten Probleme bereiten und demgem in der Simula tion auch besonders hervorgehoben sind Motivation Im Labor sind die Sch ler durch die M glichkeit zu eigenem Handeln in der Regel von vornherein moti
101. Bildschirmdarstellung der Schaltung mit Rollentastern Selbsthaltung mit Rollentastern 424 1 0 52 ri Kitt Stromlaufplan Pneumatik schaltplan Y1 1 Steuerstromkreis Arbeitsstromkreis Der Kolben f hrt aus dabei werden die Rollentaster 52 aus und 52 eingeschaltet SEE Ey Abb 4 2 Animation der Bewegungsfolge 202 Selbst Erkldrung der Bauelemente Im Kommentarfeld unter den Schaltplanen wird der Lernende ermuntert die einzelnen Elemente der Schaltung und ihre Funktion durch Anklicken mit der Maus zu erkunden W hrend mehrere Bauteile mit ihrer Bezeich nung sowohl im Stromlaufplan als auch im Pneumatikschaltplan er scheinen S2 S3 Y1 findet sich K1 gleich dreimal im Stromlaufplan Um diese anfangs verwirrenden Bez ge deutlicher zu machen wird das jeweils zum angeklickten Bauteil korrespondierende Element falls vorhanden durch Umrahmung optisch hervorgehoben Gleichzeitig erscheint in einem Kommentarfeld eine kurze Erkl rung des Bauteils und seiner Funktion Simulation der Schaltung Sowohl der Pneumatikschaltplan als auch der zugeh rige Stromlaufplan k nnen in ihren beweglichen Elementen animiert werden und entsprechend den tats chlichen Zusammenh ngen interagieren Wenn der Handtaster S1 auf dem Bildschirm ber die linke Schaltfl che Button S1 mit der Maus bet tigt wird l uft entsprechend ein kompletter Steuerungszyklus ab Abb 4 2 zeigt eine Momentaufnahme dieses Ablaufs A
102. D Ow PP RLM P Organisatorische und inhaltliche Planung des Abschlu work shops 7 Abschlu diskussion 2 Tabelle 7 III Blockseminar 1 2 Lehrerausbildung Die Forschungsergebnisse aus dem Modellversuch HYSIM flossen in Lehrveranstaltungen folgender Studieng nge der Universit t Bremen ein e Studiengang Lehramt Sekundarstufe II mit beruflicher Fachrichtung LSIIbF e Studiengang Informatik Studienschwerpunkt Angewandte Infor matik Im Studium zum Lehramt mit den beruflichen Fachrichtungen Elektro und Metalltechnik geh ren die Lehrveranstaltungen Systemtechnik Produkti onsinformatik und Netztechnik zum Regelangebot In ihnen findet eine Auseinandersetzung mit dem Rechner als Lerngegenstand und als didakti schem Medium statt Ziel der Veranstaltungen ist die Bef higung zur er fahrungs und qualifikationsorientierten Technikgestaltung und die exem plarische Konzipierung handlungsorientierter Lehr und Lernformen In der Informatik steht die Analyse der gesellschaftlichen Entwicklungsbe dingungen arbeitsbezogenen Konsequenzen und arbeitsorientierten Ge 179 staltungsm glichkeiten moderner IuK Systeme im Mittelpunkt des Stu dienschwerpunktes Angewandte Informatik Neben der Rechts und Ver waltungsinformatik und der Wirtschaftsinformatik ist die Produktionsin formatik eine von drei M glichkeiten der Anwendungsorientierung Zur Produktionsinformatik z hlt im weitesten Sinne auch die Verm
103. Entwicklung eignen sich einfache Software Werkzeuge f r 2 D Animationen ToolBook Macro mind Director bzw 3 D Animationen 3D Studio Autodesk Animator Im Rahmen der von uns durchgef hrten Studien haben wir derartige Sy steme erfolgreich eingesetzt Auch die im Modellversuch mitarbeitenden Lehrer haben entsprechende Erfahrungen sammeln k nnen Da bewegte Bilder das Risiko des Overload und damit eine mentale berforderung des Benutzer mit sich bringen k nnen ist bekannt Wir ha ben schon an anderer Stelle auf diese Problematik hingewiesen vgl Kap II Aus der Sicht der Gestaltung hypermedialer Materialien l t sich die ses Risiko im Allgemeinen durch folgende Ma nahmen reduzieren e durch Verlangsamung der Animationen e durch die Implementation von Wiederholungen und Standbildverl n gerungen e durch die Integration von strukturierenden Schrifteinblendungen oder e durch die Implementation einer kongruenten und synchronen auditi ven Kommentierung und e durch eine Beschr nkung der Bewegtbilder auf das erforderliche Mindestma Wir haben einige dieser Gestaltungsvarianten prototypisch umgesetzt und dann im Rahmen der Projektgruppe diskutiert analysiert und bewertet vgl Heimbucher 1992 S 135ff 164 6 8 Literatur Behr B Bertuch M 1993 Maus statt Schneidetisch Digitales Video mit Microsofts Video for Windows In c t 7 93 S 124 ff Heimbucher A 1992 Anforderungen an die Visualisierung
104. Help Anwendungsgebiete Metalltechnik Konstruktion Simulation Bemerkungen Diese Animation enstand anhand einer gescannten Vorlage die zuvor auf Papier erstellt worden war Die gescannte Grafik wurde mit Hilfe eines Bildbearbeitungsprogrammes bearbeitet und vektorisiert Diese Repr sentation der Grafikobjekte eignete zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells Nachdem der Konvertierungsproze von einer Bitmap in em dreidimensionales Modell abgeschlossen war wurde der Bewegungsablauf modelliert d h die Bewegung der einzelnen Objekte wurde manuell erstellt und nicht durch eine Simulation erzeugt Dies erkl rt auch die kleinen Ungenauigkeiten in der Animation Der Film mit einer L nge von 102 Frames legt im FLC Format in einer Aufl sung von 400 300 Punkten vor Hardwarewngebung Betriebssysteme PC 386 8 MB Hauptspeicher DOS MS Windows Unter DOS wird ein entsprechendes Player Programm f r FLC Files ben tigt unter Windows m ssen die entsprechenden Ammations Treiber oder ein Player installiert sein D M ller 19 9 1996 HYSDM Home Softwareliste HESIM Tja Document Done Ma 4 318 Anhang 4 Netscape HYSIM Sprechblasen Hilfe File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HYSIM Home Softwareliste Programmname Bubble Help Sprechblasen Hilfe Autor Dieter M ller Uni Bremen Programmversion Vers 3 95 Dateitransfer Dateien vom Server laden Zur Verf gung s
105. Hrsg Hypertext und Hypermedia In formatik Fachberichte 249 Heidelberg Glowalla U Schoop E 1992 Hrsg Hypertext und Multimedia Neue Wege in der computerunterstiitzten Aus und Weiterhildung Berlin Harel I Papert S Hrsg 1991 Constructionism Norwood NJ Hesse F W Garsoffsy B Hron A 1995 Interface Design f r com puterunterstiitztes kooperatives Lernen In Issing Klimsa 1995 S 253ff Irler L J Barbieri G 1990 Non obstrusive Hypertext Anchors and Individual Colour Markings In Rizk A Streitz N A Andr J eds Hypertext Concepts Systems and Applications Proceedings of the ECHT 90 European Conference on Hypertext INRIA Cam bridge Cambridge University Press 1990 pp261 273 76 Issing L Klimsa P 1995 Information und Lernen mit Multimedia Weinheim J ger Buschart E W Herzog H 1995 Beschreibung eines Unter richtsprojektes Virtueller Funktions Generator In 3 Zwischenbe richt zum Modellversuch Hypermediagest tzte Simulationssysteme f r berufliche Schulen S 87ff Krause W 1992 Probleml sen Stand und Perspektiven Teil 1 Zeit schrift f r Psychologie 190 1982 1 S 17 36 Kuhlen R 1991 Hypertext Ein nicht lineares Medium zwischen Buch und Wissenschaft Berlin Heidelberg Lipsmeier A 1993 Individualisierung von Lernprozessen im Kontext multimedialen Lernens in der beruflichen Aus und Weiterbildung In Bundesinstitut f
106. Hyperstrukturen e Integration externer Simulatoren in HYSIM e CD ROM Struktur und Installierbarkeit e HTML Struktur und Netscape Navigation e VRML 3D Welten e M glichkeiten und Grenzen von JAVA 6 bungsbeispiele f r die Lehrerfortbildung e U1 Einf hrung in die Script Programmierung e 2 Benutzung und Programmierung von DLLs 213 e U3 Dynamischer Datenaustausch e U4 MCI Programmierung 7 Hilfsprogramme e ToolBook 1 5 Runtime Umgebung e Player f r FLC Dateien Bildsequenzen 1 1 2 Erfahrungen Eine wichtige Erfahrung aus Sicht der wissenschaftlichen Begleitung war die ungew hnlich produktive Kooperation zwischen den Schulen und der Universit t die was nicht ganz selbstverst ndlich ist in hohem Ma e gleichberechtigt bidirektional lehrer sch ler und studentenbeteiligt ver lief Obwohl in der Modellversuchsgruppe besonders die Lehrer vertreten wa ren die der neuen Technik gegen ber besonders aufgeschlossen waren erwies sich die Sperrigkeit der Hypermediatechnik als au erordentlich st rend Dabei fielen besonders negativ die System Heterogenit t speicher begrenzung Langsamkeit Unzuverl ssigkeit und Kurzlebigkeit auf Bei der Einf hrung dieser Technik in Schulen ist daher mit erheblichen Rei bungsverlusten zu rechnen Die dynamische Entwicklung von Arbeit Organisation und Technik legte es nahe von einer Ziel und Produktorientierung zu einer Vorgehens und Proze orientierung berzugehen Das er
107. IM besteht darin unter schiedliche Simulationsmodule mit Hilfe von Hypermedia zu einem mehr perspektivischen Mehrebenensimulationssystem zu verkn pfen Prototypi sche Bausteine eines solchen hypermediabasierten Mehrebenensimulators werden im Kapitel IV und unterrichtsbezogene Realisierungen in Kapitel VI dargestellt In den Kapitel II 1 und II 2 wurden im einzelnen die poten tiellen didaktischen M glichkeiten von Simulationen und Hypermedia vor dem Hintergrund aktueller Forschungsergebnisse diskutiert Es zeigten sich Hinweise daf r da vorhandene Simulationssysteme in vielen F llen Defizite in folgender Hinsicht aufweisen e M glichkeiten der Modellbildung und Simulation auf unterschiedli chen Abstraktionsebenen e Unterst tzung verschiedener Sichtweisen und Perspektiven bei der Modellbildung und Simulation durch Komponentenvielfalt und heterogenit t e Unterst tzung individueller Vorgehensweisen bei der Modellbildung und Simulation durch wahlfreie Navigationsm glichkeiten in hyper strukturierten Softwareumgebungen e M glichkeiten der Proze kopplung zwischen Simulationsmodellen und Realsystemen Allerdings wurde auch deutlich da das Lernen mit rechnerbasierten Si mulationen Zug nge zur Erschlie ung komplexer Sachverhalte erleichtert und in manchen F llen komplexe Realit t berhaupt erst mit Hilfe der Si mulation erfahrbar ist Dementsprechend sind Simulationsmodelle als 81 Mittel der Komplexit tsreduktio
108. Komplexit t realer Systeme kognitiv handhabbar zu machen Hier liegt nun der spezifische didaktische Wert von Simulationen Wenn man aus den genannten Gr nden nicht oder nur zu einem geringen Teil die realen Gegenst nde f r den Lehr und Lernproze heranziehen kann so mu man Repr sentationen dieser Gegenst nde also Modelle entwickeln die die Gegenst nde hinreichend genau abbilden andererseits aber auch der Unterrichtssituation angemessen sind Aus der Sicht der Allgemeinen Modelltheorie Stachowiak 1973 1980 1983 ist alles Erkennen ein Erkennen mit und an Modellen Insofern ist es didaktisch angemessenen und sinnvoll in denjenigen F llen in denen reale Gegenst nde f r den Lehr und Lernproze zu komplex sind Mo delle zu verwenden Diese sollten einerseits relevante Realit tsaspekte ab bilden und andererseits lernirrelevante Aspekte zugunsten einer Hervorhe bung und Verdeutlichung des Wesentlichen weglassen l Nach der Allgemeinen Modelltheorie ist alle Erkenntnis Erkenntnis in Modellen oder durch Modelle und jegliche menschliche Weltbegegnung berhaupt bedarf des Medi ums Modell indem sie auf das passive oder aktive Erfassen von etwas aus ist voll zieht sie sich relativ zu bestimmten Subjekten ferner selektiv intentional selektierend und zentrierend und in je zeitlicher Begrenzung ihres Original Bezuges Stachowiak 1973 S 56 Diese Aussage zeigt hnlichkeiten zu anderen Theorien die sich mit Ler
109. Meldung ist der Quelltext da aktiviert wo der Fehler bemerkt wurde Anschlie end kann das Assemblerprogramm gestartet werden Im Animationsmodus 217 werden die Vorg nge auf den Bussen visualisiert und der innere Zustand der CPU wird dargestellt Dar ber hinaus ist ein interaktives Hilfesystem vorhanden Von jeder Seite aus ist eine bersicht ber den Befehlssatz verf gbar vgl Abb 5 2 4 EduCPU of x Befehle ohne Operanden Befehle mit einem Operanden f STA Dieser Befehl speichert den Akku in einer Speicherzelle Hier mu der Operand immer in Klammern stehen Beispiel Anweisungen STA KEZI Akku nach Speicherzelle 123 STA varl Akku nach Speicherzelle mit ider symbolischen Adresse varl weitere Anweisungen varl DB 0 Variable weiteres END Dieses Feld schlie t bei Maus Klick weist der akt Adresse Konstante zu vereinbart eine aymbolische Adresse muB der letzte Befehl in einem Quelltext sein Befehle anklicken Beispielprogramme werden angezeigt Abb 5 2 Interaktive Hilfe Zusammenfassend kann das entwickelte System zur Simulation eines Mi kroprozessors im Vergleich zu einem Realsystem wie folgt charakterisiert werden Simulations und Realsystem weisen wichtige Unterschiede auf Die Befehlss tze weichen voneinander ab und die Bedienung ist sehr ver schieden Aber daf r gibt es gute Gr nde den EduCPU soll ja nicht das Realsystem ersetzen sondern vorbereiten auf das Re
110. Modellversuchs sehr verlockend Es stellte sich dann aber doch schnell heraus da trotz ausf hrlicher Einf hrung und Anleitung ein ziemlich hoher Zeitaufwand f r die Erstellung des Programms notwendig war Zwar lassen sich mit Hilfe der verf gbaren Entwicklungsumgebung recht schnell ansprechende Oberfl chen mit unter Windows blichen Ob 227 jekten wie Textfelder Schaltflachen Dialogfenster und Bildfelder erzeu gen Die Programmiersprache OpenScript erm glicht es auch einem mit Grundkenntnissen in der Programmierung bewanderten Lehrer diese Ob jekte mit entsprechenden Funktionen und damit mit Leben zu erf llen aber das Erstellen eines Programms von der inzwischen erreichten Gr e war als Einstieg wohl doch eine Nummer zu gro Es wurde sehr schnell klar da man die im Handbuch der Fa Asymetrix immer wieder betonte erste Regel zur Erstellung eines Hypermedia Buches nicht ungestraft bersehen darf Eine eindeutige Festlegung der logischen Konzeption und des u eren Erscheinungsbildes der Anwendung am Anfang der Syste mentwicklung ist unerl lich und nachtr gliche nderungen sind sehr aufwendig z T auch nicht mehr m glich Ein gro es Problem war f r uns die mangelnde Standardisierung der Gra fikausgaben unter Windows Buchseiten die auf dem Entwicklungsrechner ganz ansprechend aussahen zeigten sich auf Rechnern mit anderen Moni toren und Grafikkarten mit unangenehmen Farben und Rastern Videobil der und Gr
111. P dagogen und etliche Softwareentwickler gehen davon aus da multi und hypermediale Lernsoftware im Gegensatz zu anderen Lernme dien selbstgesteuertes Lernen in der Berufsschule wie auch am Arbeits platz erm glicht vgl BIBB 1993 Schenkel u a 1993 2 Eine empirische Best tigung dieser These ist schwierig zu erbringen Meier Baratteli 1991 kommen in einer Wirksamkeitsstudie in der rechnergest tzte Vi deodarbietungen im Hochschulunterricht untersucht wurden zu dem Er gebnis da offensichtlich der Lehrer mit seinen sozial interaktiven Funktionen nicht zu ersetzen S 122 sei Auch in der Praxis t tige Beruf sp dagogen kommen nach unserem Eindruck zu einem relativierenden Urteil ber M glichkeiten des selbstgesteuerten Lernens Sie widerspre chen in der Regel der sog Individualisierungsthese die eine Obsoletheit p dagogischen Personals beinhaltet vgl Lipsmeier 1993 Die in manchen Ver ffentlichungen implizit herausklingende Feststel lung man k nne Selbstlernprozesse mit hypermedialer Software besser als mit anderen Lernmedien initiieren weil rechnergest tzte Hypermedien quasi automatisch sich unterschiedlichen situativen Lehr Lernkontexten anpassen sind deshalb p dagogisch unbegr ndet und vor dem Hinter grund vorhandener Hard und Softwaretechnik technisch unsinnig 1 6 5 Kooperatives Lernen Kooperatives Lernen charakterisiert Lernprozesse bei denen die Mitglie der einer Lerngruppe gemeinsam und in
112. Pneumatik wurde zus tzlich auf der Basis einer begleitenden Beobachtung von der wissenschaftlichen Begleitung evaluiert 117 1 Erfahrungsgem f hrt die Begleitung des Unterrichts durch externe Beobachter zu artifiziellen Lernsituationen weil Lernende und Lehre rende in die Rolle von Versuchspersonen schl pfen und weniger spontan agieren 2 Die im Modellversuch beteiligten Lehrer zeichneten sich durch ein hohes Ma an Professionalit t und Erfahrung mit dem Einsatz rech nergest tzter Lernumgebungen aus und waren dar ber hinaus gleich zeitig mit den spezifischen situativen Bedingungen der jeweiligen Bildungsg nge optimal vertraut 3 Im Sinne einer formativen Evaluation wurden im Rahmen projektbe gleitender themenzentrierter Gruppendiskussionen die Einsch tzun gen der beteiligten Lehrkr fte thematisiert strukturiert und kritisch reflektiert In den fortgeschrittenen Phasen des Modellversuches diente ein offenes Bewertungsraster vgl oben welches unter Be r cksichtigung der bis dahin gesammelten Erfahrungen entwickelt worden war als zus tzliche Orientierungshilfe f r die Dokumentation und Bewertung der verschiedenen unterrichtsbezogenen Aktivit ten 4 Dar ber hinaus wurden schriftliche Erfahrungsberichte anderer nicht direkt im Projekt t tiger Lehrkr fte ausgewertet 1 6 Literatur Biermann H 1994 Lehren und Lernen mit Computern Kriterien zur Bewertung von Unterrichtssoftware In Petersen Re
113. Projekt HYSIM wird vom Bundesministerium f r Bildung Wissenschaft Forschung und Technologie BMBF gef rdert Laufzeit des Projektes 1992 1996 E Forschungsergebnisse Bistang sind zahlreiche Materialien Unterrichtseinheiten sowie prototypische Realisierungen z B Softwareprojekte von den Mitarbeitern des Projektes entwickelt worden Die bisherigen Ergebnisse wurden in diversen Ver ffentlichungen dokumentiert Es ist geplant im Herbst 1996 eine berregionale Fachtagung durchzuf hren wo die f 2 38 Document Done a 294 Anhang 4 Netscape HYSIM Projekt OF x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Software Pool des Modellversuches HYSIM Uber den elektronischen Software Pool des Modellversuches HYSIM kann die im Rahmen des Projektes entwickelte Software direkt tiber unseren Server bezogen werden Zur Softwareliste verzweigen Im Projekt wurden u a folgende Software Tools zur Hypermedia Anwendungsentwicklung eingesetzt und evaluiert ToolBook V 1 5 3 0 und Apple Hypercard f r die Hypermedia Anwendungsentwicklung AutoDesk Ammator 3D Studio MacroMind Director Apple Vers und QuickTime f r die Erstellung von Animationen CorelDraw MS Word und div Windows bzw Macintosh Anwendungen fiir die Gestaltung von Grafiken und Texten Borland CH und Symantec C Borland Pascal THINK Pascal Apple Vers f r die Programmierung von DLLs und sonstiger Anw
114. Selbsthalteschaltung 90 Serielle Schnittstelle 92 Simulator Siehe auch Simulation Simulatoren Defizite 46 Lernf rderlichkeit 249 Lerntransfer 250 Vorteile 252 Sinnlichkeit 48 Situiertes Lernen 70 Smalltalk 140 Spiel 30 40 Spielzeug 40 System funktion 88 struktur 88 Systementwicklung evolution re 125 inkrementell 125 Szenario Mehrebenensimulation 83 Produktionssimulator 83 T Tangible Projects 285 ToolBook 9 56 129 135 144 197 258 Transfer von Wissen 44 hnlichkeitstheorie 45 quivalenz situative 45 Handlungs quivalenz 45 Transferierbarkeit von Wissen 44 U Unterrichtsbeispiel Mikroprozessor Simulation 185 215 Pneumatik Selbsthalteschaltung 90 184 201 Pneumatik SPS 184 193 Robotersimulation 186 233 Serielle Schnittstelle 92 184 187 Vakuumtechnik 185 223 Unterrichtsbeispiele berblick 248 Ursache Wirkungs Denken 34 V Virtual Reality 284 Virtuelle Kamera 161 Virtuelle Welten 69 280 Visualisierung 163 filmische Elemente 161 von dynamischen Prozessen 157 W Wissen situiertes 70 World Wide Web 73 WWW 273 Siehe World Wide Web Pr sentation des Modellversuches HYSIM 112 Abbildungsverzeichnis 339 340 PROJEKTZIELE UND METHODISCHES VORGEHEN Tab 1 1 Beteiligte Schulen san aut akGene enema 8 Il DIDAKTISCHE DIMENSIONEN HYPERMEDIALER SIMULATION Abb 1 1 Original Modell Abbildung enneeneenne 27 Abb 1 2 Spektrum von Experimentieru
115. These empirisch zu belegen Als lernf rderliches Moment wird in vielen Ver ffentlichungen die Flexi bilit t im Zugriff auf Wissen betrachtet die Hypermedia potentiell bieten kann Zu den Potentialen geh rt sicherlich in erster Linie die Flexibilitat im Zugriff auf Wissen Lernsituationen sind in hohem Ma e individuali sierte Situationen so da Ausbildungsmaterialien auf unterschiedliche F higkeits Erfahrungs und Verst ndnisebenen Stanton Stammers 1989 90 reagieren k nnen sollten Kuhlen 1991 S 180 Durch die M glichkeit von Hypermedia ber das gleiche Datenmaterial auf relativ einfache Weise ganz unterschiedliche Sichten definieren zu 11 Leider wird in den meisten Ver ffentlichungen aus dem Bereich der Berufsp dago 8 gik und Mediendidaktik keine exakte Differenzierung zwischen Multimedia und Hy permedia vorgenommen Bei der wissenschaftlichen Aufarbeitung entsprechender Quellen ergeben sich daher immer wieder gewisse Unsch rfen 70 k nnen indem verschiedene Ausschnitte und Arten von Verkn pfungen verf gbar sind verspricht Hypermedia die Bed rfnisse unterschiedlicher Benutzergruppen und unterschiedlicher Kontexte mit dem gleichen Pro gramm und Datenmaterial abdecken zu k nnen Dies erkl rt u a auch das didaktische Interesse an Hypermedien sie dort einzusetzen wo Umfang Reihenfolge und zeitliches Ausma im Umgang mit Lernmaterialen indi viduell von den Benutzern geregelt werden soll Einige
116. YSIM Home Softwareliste Programmname SPS Slim Autor Oliver Stange Programmversion 2 0 Dateitransfer SPS Slm vom Server laden Dateigr e ca 280 KB gepackt zip Datet Die komprimierte Datei enth lt 4 Dateien Kurzbeschreibung Das Programmpaket enth lt das Programm SPS Sl m eine Einf hrung in die Grundlagen der speicherprogrammierbaren Steuerungen und das Programm SPS Slim Test eine Hypertextanwendung zur berpr fung des Gelernten Anwendnnosoehiete 33 Document Done 307 Anhang 4 Netscape HYSIM Lernsystem Vakuumtechnik File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HY SIM Home Softwareliste Programmname Lernsystem Vakuumtechnik Echtzeitsimulator und Hypertext Lehrbuch Autor Heinrich Herzog Ernst W Jager Buschart Schulzentrum Utbremen Bremen Programmversion W 1 0 Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 1 4 MB gepackt zip Datei besteht aus 5 Dateien Kurzbeschreibung Das Lernsystem Vakuumtechnik wurde konzipiert und realisiert um zuk nftige Physikalisch Technische Ass stenten innen in die Grundlagen der Vakuumtechnik einzuf hren In dem entsprechenden Ausbildungsgang wird seit vielen Jahren im Physikpraktikum Vakuumtechmk unterrichtet Ein Hochvakuumpumpstand erlaubt es praktische bungen und eine Vielzahl von Experimenten durchzuf hren Allerdings ist dieses Gro ger t nur einmal vorhanden damit ist die M glich
117. a durch die Verbreitung des World Wide Web ein im Prinzip weltweit vernetztes Hypermedia System das Forschungsinteresse im Bereich hypermediagest tzten kooperativen be ruflichen Lernens zunehmen und dementsprechend bald neue Erkenntnisse vorliegen werden 1 7 Probleme bei der Nutzung von Hypermedia In Hypermedia Systemen sind Informationseinheiten wie oben dargestellt wurde in Form nichtsequentieller netzartiger Strukturen abgelegt Die Objekte in einem solchen Netzwerk k nnen aus verschiedenen Medien be stehen die interaktiv am Bildschirm verfolgt und dargestellt werden k n nen Die Abfolge der Dialogschritte wird vom Benutzer gesteuert Er be wegt sich selbst ndig in dem Informationsnetzwerk und legt auch den Um fang und die Anzahl von Erkl rungen und Pr sentationen fest Hyperme dia Systeme sind deshalb relativ offene Lernsysteme im Vordergrund steht die aktive Informationssuche durch den Benutzer Bei dem Verfolgen bzw Suchen von Informationen in einem Hypermedia System treten allerdings zwei grunds tzliche Probleme auf zum einen wird der Nutzer mit zu vielen verzweigten und verschachtelten Informatio nen konfrontiert zum anderen besteht die Gefahr sich durch das Verfol gen von Verweisen im Netzwerk zu verlieren Im ersten Fall wird vom sog cognitive overload gesprochen das zweite Problem durch den Begriff lost in hyperspace charakterisiert Conklin 1987 Die starke Eigenver antwortung beim Lernproze
118. achen Bildschirmfoto einschl Kurzanleitung zeigen Anwendungsgebiete Steuerungstechnik Pneumatik Technische Informatik Bemerkungen Das Programmpaket eignet sich besonders f r den Anfangsunterricht im Bereich Steuerungstechnik F r Lernende die kaum Kenntnisse in Elektronik und Pneumatik besitzen bieten Analogien zwischen mechanischen und elektronischen Steuerungselementen einen einfachen Einstieg Weitere Informationen sowie unterrichtliche Erfahrungen sind in den Projektberichten nachzulesen Hardwarewngebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows Es wird ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung ben tigt D M ller 2 2 1996 HYSDM Home Softwareliste HESIM Fi Document Done u 4 303 Anhang 4 Netscape Interaktives Buch File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HY SIM Home Softwareliste r Programmname Interaktives Buch Autor Dieter M ller Uni Bremen Programmversionen 1 10 1992 Macromind 3 1 2 11 95 ToolBook 1 5 3 2 1996 Java Version Dateitransfer 1 Laden der ToolBook Version Dateigr e ca 20 KB gepackt zip Datei 330 KB entpackt 2 Laden der MacroMind Director Version Macintosh Dateigr e ca 440 KB gepackt hqx Datei ca 900 KB entpackt 3 Java Version Kurzbeschreibung Das Programm zeigt das Konzept eines interaktiven Buches am Beispiel des Hebelgesetzes Mit Hilfe der Maus bzw der Tastatur
119. afiken stellten sich pl tzlich in Falschfarben dar Experimente mit wechselnden Farbpaletten und individuellen Seitengr en wurden dann unterlassen weil die Computer an der genannten Schule wie auch anderswo auf Grund laufender Erg nzungen sehr unterschiedliche Aus r stung in Hard und Software aufweisen Aus Platzgr nden wurde das System auf mehrere B cher verteilt in und zwischen denen der Anwender sehr frei mit Hyperlinks und Men s navi gieren kann Die Implementierung dieser Links erfordert sehr viel Auf merksamkeit Nachtr gliche nderungen wie Umbenennen oder L schen von Seiten erzeugten viele Spr nge ins Leere mit entsprechenden Fehler meldungen die dann mit einigem Aufwand beseitigt werden mu ten Es wurden auch keine Fremdprogramme eingebunden weil der program miertechnische Aufwand der erforderlich ist um die Existenz und den Ort und die Einstellungen der Fremdprogramme nachzupr fen zu hoch war Insgesamt gesehen hat sich die Entscheidung ein so umfangreiches Projekt zu entwickeln als problematisch herausgestellt Die zeitliche Belastung durch Entwickeln Testen ndern und Neuentwurf war so hoch ca 500 Stunden da das Vorhaben ohne die speziellen Ressourcen eines Modell versuchs Entlastungsstunden Schulungen nicht durchf hrbar gewesen 228 w re Wenn in Zukunft hnliche Software wieder entwickeln werden soll te wird sie sicher vom Umfang her aus Zeitgr nden sehr viel bescheidener ausfa
120. al iy MA Abb 6 3 Drahtmodell Zahnradpumpe Die Animation wurde mit Hilfe eines speziellen Objekt Modellers erstellt F r die Modellierung der einzelnen Objekte dienten 2D CAD Dateien als Vorlage In weiteren Bearbeitungsschritten wurden die zweidimensionalen 159 technischen Zeichnungen in dreidimensionale Objekte transformiert vgl Abb 6 3 und anschlie end gerendert EPUNFE FLI BAPE PL Abb 6 4 Montage einer Zahnradpumpe 6 4 Dynamisches Verhalten einer Kurbelschleife Das folgende Beispiel zeigt das dynamisches Verhalten einer Kurbelschlei fe Die dieser Animation zugrundeliegende Aufgabe ist die Konstruktion eines formschl ssigen Schwenkwinkels zwischen zwei Wellen Es soll ei ne Reduktion der Rotationswinkel von 120 auf 30 Grad erfolgen Die Re duktion geschieht mit Hilfe einer Kurbelschleife Abb 6 5 Dynamisches Verhalten einer Kurbelschleife l Mit Rendering render engl bersetzen wird das Berechnen einer Szene bezeichnet wobei Oberfl chenstrukturen und Lichteffekte ber cksichtigt werden 160 Die Animation zeigt den Bewegungsablauf der Kurbelschleife w hrend des Reduktionsprozesses vgl Abb 6 5 Mit Hilfe der Animation wird leicht nachvollziehbar auf welche Art und Weise bei Antrieb des linken Hebels der rechte Hebelarm rotiert wird so da sich f r die rechte Welle eine Winkeltransformation ergibt 6 5 Filmische Elemente in rechnerbasierten Animationen Im Rahmen recht zeit
121. alisierung von Lernprozessen 9 Erh hung der Sch lerselbstt tigkeit und Unterst tzung handlungsori entierter Unterrichtsformen 10 Reduzierung von Risiken bei Fehlbedienungen an Realsystemen durch risikoloses Probehandeln und ben an Modellen Argumente die gegen den Einsatz von Simulationssystemen sprechen sind 1 Simulation erm glicht keine ganzheitlich sinnliche Wahrnehmung 2 Simulation erm glicht keine unmittelbare Proze erfahrung 3 Simulationsmodelle bilden nicht die Unberechenbarkeit der Realit t ab Es ist also erforderlich sich im konkreten Einzelfall ein klares Bild ber das didaktische Potential des jeweiligen Realsystems bzw Simulators zu verschaffen P dagogisch problematisch ist der Ansatz mit Hilfe rechner gest tzter Systeme das reale Ger t das anfa bare Lernmedium oder das schriftliche Material vollst ndig ersetzen zu wollen Als ein zentrales Untersuchungsergebnis k nnen wir folgende These for mulieren Hypermediagestiitzte Simulation kann einen konstruktiven Bei trag zur beruflichen Qualifikation leisten wenn die Aspekte der Mehrdi mensionalit t der Perspektivenvielfalt und der Ankopplung an reale Prozesse angemessen Ber cksichtigung finden 253 1 6 Probleme mit Hypermedia Wie wir schon dargestellt haben erlauben Hypermedien im Gegensatz zu konventionellem Text der nur linear durchlaufen werden kann eine kom plexere nichtsequentielle netzartige Organisation der darzustell
122. alit tsbeurteilung von Lernsoftware durch Kriterien kataloge In Holz H Schenkel P Hrsg 1995 S 149 191 Neul W 1977 Strategien der Evaluation von Curricula und der Curri culumentwicklung Stuttgart Petersen J Reinert G B Hrsg 1994 Lehren und lernen im Umfeld neuer Technologien Frankfurt am Main u a Prell S 1984 Handlungsorientierte Schulbegleitforschung Frankfurt Schulmeister R 1996 Grundlagen hypermedialer Systeme Theorie Didaktik Design Bonn Paris Scriven M 1980 The Logic of evaluation California Stary Ch 1994 Interaktive System Software Entwicklung und Soft ware Ergonomie Braunschweig Wiesbaden Wagner A 1994 Computergest tztes Lernen in der konomischen Bil dung Deutsche Hochschulschriften 541 Zugl Universit t Ge samthochschule Essen Diss 1994 Egelsbach Frankfurt Main Wa shington Wulf C 1975 Funktionen und Paradigmen der Evaluation In K Frey Hg Curriculum Handbuch Bd 2 S 580 600 M nchen Wulf C Hg 1972 Evaluation Beschreibung und Bewertung von Un terricht Curricula und Schulversuchen M nchen 119 IV Realisierung hypermedia gestutzter Simulationssysteme Prototypische Bausteine und Ansatze 121 Dieter Miiller 1 Zur Bedeutung des Software Prototyping im Modell versuch Neben den in den Modellversuchsschulen zu evaluierenden Unterrichts projekten erschien es notwendig im Rahmen der Begleitforschung
123. als gibt die nicht im Modell abgebildet werden die also aus welchen Gr n den auch immer von der Transformation ausgeschlossen sind Es existie ren aber auch Modell Attribute die keine Entsprechung im Original haben sie werden didaktisch abundant genannt vgl hierzu Abb 1 1 Sowohl didaktische Pr terition als auch Abundanz erf llen eine erkl rungsmetho dische und verst ndnisf rdernde Funktion S 156ff Obwohl es bei der didaktischen Transformation im Kern um die berf h rung von Wissenschaftsinhalten in f r Lernende verst ndliche Lerninhalte geht also Aspekte der Simulation kaum ber hrt werden konnte der Nach weis erbracht werden da die Allgemeine Modelltheorie ein tragf higes Fundament liefert wenn es um Fragen didaktischer und lernf rderlicher Modellbildungen geht Klasse P1 U1 der Klasse P2 U2 der praterierten Attribute abundaten Attribute Attributenabbildung Abbildungs nachbereich U2 c P2 Abbildungs vorbereich Uic P1 Original P1 Modell P2 Abb 1 1 Original Modell Abbildung nach Stachowiak 1973 S 157 1980 S 30 Modellbildungen im Zusammenhang mit rechnergest tzten Simulationen lassen sich also im R ckgriff auf die Allgemeine Modelltheorie kategorial erfassen und unter Verst ndlichkeitsaspekten und Vereinfachungsge kognitiver Momente sowie unter Einbeziehung der Lernabsichten ziele die sich mit dem Lerninhalt verbinden M hlenbrock 1979 S 147 27
124. alsystem und nicht auf ein spezielles sondern auf die Assembler Programmierung unter schiedlichster Prozessoren Hierzu m ssen die Vorg nge in der CPU und das Zusammenwirken mit der Peripherie didaktisch reduziert dargestellt abgebildet werden 218 Was bringt die Simulation unter dem Handlungsaspekt Ein Realsystem das schwierig zu bedienen ist und dariiber hinaus die grundlegenden Prinzipien durch Komplexit t zudeckt baut zwei H rden auf e Handlungsf higkeit am System wird erst nach langer Besch ftigung mit dem System erreicht e Die eigentlich zu vermittelnden Prinzipien d h die intellektuelle Durchdringung einer Materie ohne die und das ist fast ein Glau bensgrundsatz von mir bestenfalls eine Abrichtung auf ein Realsy stem aber nicht ein kompetenter Umgang mit einem solchen zu errei chen ist wird erschwert durch die Komplexit t des Realsystems z B Inkonsistenzen im Befehlsatz Ein didaktisch konzipiertes Simulationsystem kann deshalb dazu beitragen diese H rden leichter zu nehmen Es ist dann m glich da die einzelnen Sch lerinnen und Sch ler sei es in Partnerarbeit oder alleine individuell bei der Erarbeitung der Inhalte vorgehen k nnen vor allem dann wenn dazu auch geeignetes Begleitmaterial erstellt wurde Der Lehrer als Kom petenzvermittler braucht sich dann weniger um die berwindung der oben angesprochenen H rden zu k mmern sondern kann sich gezielt denen zu wenden die seine Hilfe
125. alteschaltung in der wechselseitigen Verkn pfung mit dem Pneumatikschaltplan nach ber einstimmender Aussage der Gruppe als gute Lernhilfe bei der Durchdrin gung der Schaltungszusammenh nge heraus 209 Die zweite Gruppe erwies sich als wesentlich lernschw cher Besonders stellte sich die Vermittlung der steuerungstechnischen Hintergr nde sowie deren praktische Realisierung im Schaltungsaufbau als problematisch her aus Da die Schwierigkeiten bei der kognitiven Durchdringung schon sehr fr h einsetzten kam die Simulation am Beispiel der Selbsthalteschaltung hier eigentlich im stofflichen Ablauf zu sp t F r schw chere Lerngruppen w re es sinnvoll die Software im Hinblick auf die Grundlagen der elektri schen Steuerungstechnik auszuweiten Dennoch wurde auch von dieser Gruppe die Simulation als hilfreich anerkannt Das verbesserte Verstehen der internen Schaltungsvorg nge hatte jedoch auch bei der ersten Gruppe nur geringen Einflu auf den Erfolg beim praktischen Schaltungsaufbau Die Umsetzung des abstrakten Stromlauf plans in die konkrete Kabelage bereitete fast allen Auszubildenden Kopfzerbrechen Hierbei gibt die Simulation bisher auch keine Hilfestel lung 4 4 Softwareentwicklung Erfahrungen mit dem Einsatz kommerzieller Simulationssoftware im Un terricht lagen mit verschiedenen CNC Simulatoren sowie dem Programm LogiCAD zur Steuerungstechnik vor F r den Einsatz in der Elektropneu matik vorgesehene Software wi
126. amit weitgehend unbekanntes Terrain betreten wird wie es auch bei dem Modellversuch HYSIM der Fall ist es konnte nicht von expliziten Zielstrukturen ausgegangen werden die bereits im Vorfeld sicher bestimmt werden konnten Insofern hat sich in der Pro jektgruppe schon sehr fr hzeitig die Einsicht durchgesetzt da die Metho den summativer Evaluation f r die wissenschaftliche Begleitung dieses Projektes nicht ausreichend sind Die formative Evaluation wird auch als Proze evaluation bezeichnet Bei dieser Evaluationsform arbeitet die wissenschaftliche Begleitung im Pro jekt nicht nur beobachtend sondern auch unterst tzend und in vielen F l len auch eingreifend mit im Sinne des Action Research vgl Kap 1 2 Formative Evaluation findet deshalb kontinuierlich proze begleitend w h rend eines gesamten Projektes statt und dient in erster Linie dazu den am Evaluationsproze Beteiligten Informationen ber etwaige Probleme zu geben Damit wird die formative Evaluation auch ein Hilfsmittel zur Selbstreflexion die f r den Erfolg eines innovativen und mit vielen Un w gbarkeiten verbundenen Projektes besonders bedeutsam ist Eine kriti sche Selbstreflexion bietet Ansatzpunktpunkte f r punktuelle Korrekturen und Verbesserungen w hrend des Untersuchungszeitraumes Neben den beteiligten Lehrern und Wissenschaftlern sind auch die Sch ler Adressaten einer so verstandenen Evaluation indem ihnen die Ergebnisse der Be schreibung und Bewert
127. amm zur Zylinderbewegung Mit dem zweiten Modul k nnen die Impulse f r die Zylinderbewegungen ber die parallele Schnittstelle des Rechners auch auf reale Systeme ber tragen werden Dazu mu ein geeigneter Ausgabebaustein angeschlossen werden l z B Conrad Best Nr 967718 Relaiskarte 194 SPS gesteuerte Pneumatik 1 0 Stromlaufplan Wirkschaltplan Ende Fa PES EEN EE eS hee Abb 3 1 Simulation des Schaltungsaufbaus SPS gesteuerte Pneumatik 1 0 Abb 3 2 Simulation der SPS 195 4 SPS gesteuerte Pneumatik 1 0 Reset 3 Zyl 4von4 im ica co Abb 3 3 Graphische Programmierung 3 2 Unterrichtserfahrungen Da zu Anfang des Modellversuchs in unseren Laboren noch keine Multi media Rechner zur Verfiigung standen wurden die ersten Unterrichtser fahrungen mit einem Laptop gemacht an dem ein Projektor angeschlossen war So diente die entwickelte Lern und Simulationssoftware zun chst nur zur Erh hung der Anschaulichkeit des Lehrervortrags Interessanterweise wurde es nach anf nglichem Z gern aber auch von Sch lern benutzt die sonst nur widerstrebend an die Tafel gingen Offensichtlich wirkte der Einsatz des neuen Mediums auf sie motivierend Anschlie end wurde die SPS Schaltung von allen Gruppen ohne nennenswerte Lehrerhilfe reali siert Allerdings gab es beim Aufbau einer hnlichen Schaltung in der fol genden Woche Schwierigkeiten weil die Sch ler keine sc
128. anisiert und durchgef hrt Um die Kooperati on und den Informationsaustausch zu verbessern fanden dar ber hinaus regelm ige Projekttreffen und mehrt gige Wochenendworkshops bzw Seminare statt Hierdurch war es m glich proze begleitend konkrete Ar beitsschritte zu planen zu beraten und gegebenenfalls der jeweiligen Si tuation angemessen anzupassen Das Ziel der durchgef hrten Lehrerfortbildungen war in der Anfangsphase des Projektes der theoretische und praktische Einstieg in dessen zentrale Zielsetzungen und Fragestellungen In den ersten Fortbildungsveranstal tungen wurden deshalb vorrangig technische Begriffe und Konzepte ver mittelt um zun chst alle Projektmitarbeiter auf den gleichen Informa tionsstand zu bringen Im Zentrum standen dabei Konzepte der rechner gest tzten Simulation und des Hypertextes Diese beiden Bereiche mu ten zwangsl ufig einen gro en zeitlichen Raum einnehmen weil es hier um die Vermittlung neuer Konzepte und nicht nur um eine Qualifikationser g nzung f r die beteiligten Projektmitarbeiter ging Im fortgeschrittenen Stadium des Projektes dienten Fortbildungsveran staltungen neben den regelm igen stattfindenden Projektsitzungen dazu verschiedene thematische Aspekte unter Ber cksichtigung der aktu ellen Erfahrungen der beteiligten Mitarbeiter in speziell daf r vorgesehe nen Veranstaltungen konzentriert erarbeiten zu k nnen Insgesamt konnten drei Kurseinheiten geplant und durchgef
129. ation Ebenfalls verbreitet vor allem in den USA sind Vergleichsgruppen Untersuchungen in denen beispielsweise traditioneller Lehrerunterricht versus Lernen mit Unterrichtssoftware untersucht wird In der Regel basie 106 ren diese Untersuchungen auf einer Lernerfolgsmessung der beteiligten Lerngruppen indem einzelne Gruppen mit einem herk mmlichen und an dere Vergleichsgruppen mit entsprechenden rechnergestiitzten Lernmedien unterrichtet werden Mit Hilfe von sog Vor und Nachtest versucht man dabei jeweils den Lerngewinn einzelner Gruppen statistisch zu erfassen Baumgartner kritisiert die blichen Verfahren der Vergleichsevaluation und r t aus methodischen Gr nden davon ab da selbst bei hoher Ver gleichbarkeit der beiden Gruppen in allen wichtigen Variablen wie Alter Geschlecht Vorkenntnissen usw die beiden vergleichenden Lernsituatio nen durch viele situative Zuf lligkeiten verf lscht werden k nnen Baum gartner S 243 hnlich argumentieren Freibichler Carstensen 1996 und kommen zu dem Ergebnis da Vergleichsuntersuchungen zwischen her k mmlichen und neuen Medien methodisch mehr als fragw rdig sind S 89 Dar ber hinaus ist die reine summative Betrachtung des Lernzuwachses wie in Vergleichsevaluationen blich im Zusammenhang mit der Eva luation von Simulationen nicht ausreichend Wie wir an anderer Stelle Kap II 1 gezeigt haben werden Lernsimulatoren wesentlich unter dem Gesichtspu
130. ation In Abschlu bericht zum Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der beruflichen Bildung Bremen S 156 165 M ller R 1980 Zur Geschichte des Modellbegriffs und des Modellden kens im Bezugsfeld der P dagogik In Stachowiak H Hrsg 1980 S 202 224 Papert S 1994 Revolution des Lernens Kinder Computer Schule in einer digitalen Welt Originaltitel The Childrens s Machine Han nover Puppe F 1990 Probleml sungsmethoden in Expertensystemen Berlin Heidelberg Rauner F 1986 Elektrotechnik Grundbildung berlegungen zur Tech niklehre im Schwerpunkt Elektrotechnik der Kollegschule Soest Rauner F 1992 Experimentierendes Lernen eine Grundform gewerb lich technischer Berufsbildung In Innovationen in der Berufsbildung Hermann Schmidt zum 60 Geburtstag Berlin Reigeluth C Schwartz E 1989 An Instructional Theory for the Design of Computer Based Simulations In Journal of Computer Based In struction 1 16 1989 pp1 10 Roy B 1995 Simulation als handlungsorientiertes Medium in der Be ruflichen Bildung Entwicklung eines Lehr und Lernkonzeptes mit Simulatoren zur Handhabungstechnik Diss phil Universit t Bremen Schulmeister R 1989 Computerwissen f r den Hochschulunterricht In Schulmeister R Hrsg 1989 S 3 140 Schulmeister R 1996 Grundlagen hypermedialer Systeme Theorie Didaktik Design Bonn Paris Schulmeister R Hrsg 1989 Computereinsat
131. ationssysteme f r berufliche Schulen 3 Zwischenbericht zum Modellversuch Senator f r Bildung und Wissenschaft Bremen B ck W 1995 Erprobung von EduCPU In Bruns u a 1995 221 Heinrich Herzog Ernst W J ger Buschart 6 Lernsystem Vakuumtechnik Echtzeitsimulator und Hypertext Lehrbuch Das Lern und Simulationssystem Vakuumtechnik wurde konzipiert und realisiert um zuk nftige Physikalisch Technische Assistenten innen in die Grundlagen der Vakuumtechnik einzuf hren In dem entsprechenden Aus bildungsgang wird seit vielen Jahren im Physikpraktikum Vakuumtechnik unterrichtet Ein Hochvakuumpumpstand erlaubt es praktische bungen und eine Vielzahl von Experimenten durchzuf hren vgl Abb 6 1 Aller dings ist dieses Gro ger t nur einmal vorhanden Damit ist die M glich keiten des Trainings f r Sch lerinnen und Sch ler naturgem sehr be schr nkt Das entwickelte Lernsystem vgl Abb 6 2 soll es jedem einzelnen Sch ler erm glichen neben den zeitlich eingeschr nkten Expe rimenten mit dem Pumpstand auch ein Handhabungstraining Echtzeit Simulator und eine vertiefte Wissensgewinnung Hypertext Lehrbuch in individueller Form durchzuf hren Das System umfa t vier Teile sogenannte B cher die mit dem Autoren system ToolBook Vers 1 52 entwickelt wurden vgl M ller 1994 Darin enthalten ist e ein Simulator mit dem die Bedienung des Pumpenstandes ge bt wer den kann e eine animierte Bedien
132. ative Evaluation bezieht sich schwerpunktm ig auf eine ab schlieBende Beschreibung und Bewertung der letztendlichen Ergebnisse die in p dagogischen Vorhaben erzielt worden sind Daten aus den durch gef hrten Projekten werden anhand von in der Regel standardisierten Ver fahren erhoben und bilden die Basis einer Bewertung Die formative Eva luation dagegen stellt Information f r noch in Vorbereitung befindliche oder laufende Vorhaben bereit die verbessert werden sollen Bei ihr han delt es sich um ein proze begleitendes Verfahren Die summative Evaluation ist h ufig das g ngige Verfahren das von der ffentlichkeit und den Institutionen verlangt wird die entsprechende In novationsprojekte f rdern Mit einer ausschlie lichen Verwendung sum mativer Evaluationsverfahren sind allerdings Problematiken verbunden von denen im folgenden nur einige genannt werden sollen vgl Fischer 1991 S 266ff Die standardisierten Verfahren der summativen Evaluation sind in denje nigen F llen problematisch in denen sie vorgeben die Herausbildung be ruflicher Handlungskompetenz der Lernenden auch der Lehrenden erfas sen zu wollen Lernfortschritte innerhalb eines innovativen Projektes sind nicht gleichzusetzen mit einer kognitiven Anh ufung von standardisierten Wissenselementen und berufliche Handlungskompetenzen k nnen nicht auf die F higkeiten zur Reproduktion solcher Wissenselemente in be rufsuntypischen weil k nstlichen Lernsituati
133. auch ist Teil von l t sich untergliedern in folgt auf u Entspre chend der Art der Beziehung zwischen den verkn pften Informationen kann zwischen semantischen und pragmatischen Verkn pfungen unter schieden werden vgl Kuhlen 1991 Semantische Verkn pfungen sollen das Verst ndnis von Hypermedia Inhalten erleichern indem diese eine semantische Koh renz zwischen verschiedenen Informationsknoten her stellen Pragmatische Verkn pfungen bilden Verbindungen zwischen Knoten die in einem spezifischen funktionalen oder Kontextuellen Zu sammenhang stehen Auf der Suche nach relationalen Typisierungen von Verkn pfungen schla gen verschiedene Autoren erweiterte oder differenziertere Systematiken vor So unterscheiden Parssaye Chignell et al 1989 navigationale und semantische Relationen Navigationsrelationen sind u a move to links zoom links pan link view links und index links semantische Relationen sind Antonym 4 Instrumental Kausal und Finalrelationen vgl auch 3 Zum uneinheitlichen und widerspr chlichen Gebrauch des Begriffes Multimedia vgl Schulmeister 1996 S 18f siehe auch Euler Twardy 1995 Der Mediendidaktiker Weidenmann 1995 vertritt die Auffassung da der Begriff Multimedia f r einen wissenschaftlichen Diskurs ungeeignet ist Er schl gt vor differenzierte Kategorien wie Codierung Modalit t usw zu verwenden S 65 4 Im Sinne von eine entgegengesetzte Bedeutung habend 59 Schulmeister 199
134. aufwendiger Studien wurden filmgestalterische M glichkeiten rechnergenerierter Animationen untersucht Die Beherr schung rechnergest tzter Animations Techniken garantiert noch keine thematisch und dramaturgisch gut aufgebaute rechnergenerierte Anima tion Vor dieser Problemstellung wurden M glichkeiten der virtuellen Ka mera bez glich Kamera Einstellungen Kamerastandpunkt und Kamera bewegung experimentell erforscht Da rechnergest tzte Animationswerk zeuge auch die M glichkeit bieten virtuelle Lichtquellen zu nutzen wur de auch das Licht als Gestaltungsmittel eingesetzt In der Abb 6 6 sind einige Beispiele aus einer l ngeren Animationssequenz abgebildet Insge samt best tigte sich in diesen Studien da der Rechner mit seiner Vielfalt an grafischen M glichkeiten nach wie vor elementares Wissen aus dem Bereich der traditionellen Filmgestaltung nicht ersetzen kann Abb 6 6 Studien zu filmischen Elementen in der rechnergest tzten Animation I 161 Abb 6 7 Studien zu filmischen Elementen in der rechnergestiitzten Animation II 162 6 6 M glichkeiten der Videoeinbindung Es liegt nahe Videomaterialien bzw digitale Filme dort einzusetzen wo mit einfacheren Mitteln der Bewegtbilddarstellung keine ausreichende An schaulichkeit erreicht wird Dies gilt beispielsweise f r komplexe Proze abl ufe in der Fertigungs oder Automationstechnik Relevant ist die Ein bindung von Videofilmen auch dort wo die Authenti
135. bei sind sinnliche Wahrnehmungen und konkrete Erfahrungen von grundlegender Bedeutung f r die Entwicklung beruflicher Kompeten zen Entscheidend ist aus dieser Sicht da komplexe sinnliche Wahrneh mungen vor allen Dingen unter dem Aspekt des praktischen Erfahrung machens zu sehen sind Darunter fallen im Wesentlichen spezifische Me thoden der Auseinandersetzung mit konkret erfahrbaren Artefakten Situa tionen und Prozessen und zwar sowohl was deren Erkenntnis als auch den praktischen Umgang mit ihnen betrifft B hle Rose 1992 vgl auch Fischer 1996 47 Wir gehen deshalb davon aus da in einem theoriegeleiteten Fachunter richt der direkte sinnliche Umgang mit konkreten Objekten die sich auf die berufliche Realit t des Lernenden beziehen nicht durch den virtuellen Umgang mit symbolischen in Rechnern implementierten Simulationsmo dellen ersetzt werden sollte Insofern gilt es die Aussage Snyders zu be herzigen A simulation may approach reality But it is not reality and ne ver can be It should never be used if the real thing is available and viable as a learning experience under the conditions one is working Snyder 1986 S 122 Allerdings gilt es auch der Frage nachzugehen in welchen F llen und in welchen Zusammenh ngen der Einsatz von Simulatoren den Lernenden und Lehrenden bei der Bew ltigung komplexer Aufgaben un terst tzen Kann Im Zentrum steht also die didaktische Dimension der Komplementarit t realer stoffl
136. beitung von Empfehlungen 3 Verbreitung der Unterrichtsmaterialien ber das Internet 4 Zusammenfassung und Dokumentation der Ergebnisse 13 2 3 Forschungsmethoden Im folgenden wird das methodisches Vorgehen im Modellversuch HYSIM beschrieben Vier Gesichtspunkte haben aus Sicht der Wissenschaftlichen Begleitung eine zentrale Rolle innerhalb des Projekts gespielt und werden im folgenden genauer erl utert e Einbeziehung verschiedener Forschungsfelder Interdisziplinarit t e Praxisbezug Action Research e Experimentelles Prototyping und e eine besondere Form der Evaluation 2 3 1 Einbeziehung verschiedener Forschungsfelder Bei dem Projekt HYSIM ging es im wesentlichen darum die verschiede nen Dimensionen des Einsatzes hypermediabasierter Simulatoren in der beruflichen Bildung aufzusp ren und M glichkeiten und Grenzen dieser neuen Techniken zu erforschen Unter berufsp dagogischen Aspekten sollte die Bedeutung des Computers als Werkzeug und als Medium im Unterricht der Berufsschule insbesondere als experimentelles Lernsystem untersucht werden Relevanz hatten aber auch Fragen zur Abbildung komplexer Systeme in Modelle und zum Beitrag den Simulation zur Komplexit tsbew ltigung leisten Kann Diese Aspekte ber hren eher die Systemtheorie und Informatik aber auch in wesentlichen Punkten die Technikwissenschaften und die Produktionstechnik Dar ber hinaus sollten im Projekt neue Methoden zur Gestaltung von Softwa
137. bestand ein wichtiges Ziel unserer wissenschaftlichen Arbeit darin zu erforschen wie in einer hypermedialen Umgebung Einzelmodule so in einen Gesamtzusammenhang integriert werden k nnen da themen bergreifende Zusammenh nge erhalten bleiben und Einzelaspekte nicht verloren gehen Abb 7 1 Ideenskizze zur Mehrebenensimulation 168 Von diesen Uberlegungen ausgehend wurde eine baumartig vernetzte Hy permediastruktur entwickelt die von bergreifenden Zusammenh ngen ausgehend sich in immer detailliertere Aspekte aufteilt Die thematische Verfeinerung vollzieht sich schrittweise ber mehrere Abstraktionsebenen Hierdurch haben die Lernenden die M glichkeit Lernaufgaben innerhalb eines Gesamtzusammenhang auf unterschiedlichen Abstraktionsniveaus bearbeiten zu k nnen Die Abb 7 2 zeigt die Benutzungsoberfl che des von uns erstellten Prototypen 4 Mehrebenensimulator iof x Gesamt system gt eae ve N Gosamt Oe I ae prozesse gt F Steuerung F Planung Transport Lagem Einzelne cE 8 ob Prozesse b gt ite CAD CNC Fertigung Montage Instandhaltung Wirk gt ph 0 H d prinzipien 7 3 Energie Mechanik Steuerung Programm Abb 7 2 Mehrebenensimulator 7 2 Erfahrungen Die dargestellte prototypische Realisierung zur Mehrebenensimulation konnte aus Zeitgr nden nur in Ans tzen implementiert werden Insbeson dere technische Probleme bei der Implementierung und Integration einzel ner Soft
138. bolisch r umlichen Umgebung eines Hypermedia Systems ben tigt der Benutzer Navigationshilfen hnlich wie in tats chlichen R umen e Reichhaltige Navigationshilfen k nnen auch von den eigentlichen Lernzielen ablenken und die Aufmerksamkeit auf die Programmbe dienung statt auf die Inhalte lenken 1 In einer Evaluation dreier Hypertext B cher trat genau dieser Effekt ein vgl Jonassen 1989 149 5 1 Entwicklung eines Hypermedia Frameworks Das Ziel der ersten Untersuchung zur visuellen Darstellung und Orientie rung in Hyperstrukturen bestand darin obige Problembereiche explorativ zu erkunden Dar ber hinaus sollte gepr ft werden inwieweit mit Hilfe eines universellen Hypermedia Navigationsrahmens auf der Basis eines generischen Frameworks sp tere Entwicklungen innerhalb des Projektes effektiviert werden k nnten Dabei gingen wir davon aus da es mit Hilfe eines Frameworks prinzipiell m glich ist die Struktur oder das abstrahierte Design f r die L sung einer bestimmten Hypermedia Anwendung zu reali sieren ohne da der Quellcode der Framework Objekte bei einer weiteren Verwendung modifiziert werden mu vgl Johnson 1988 Informationsbereich Themen bersicht Sprechblasenhilfe Hyperlink Inhaltsverzeichnis RENSIM Wenn Sie hier klicken erhal ten Sie weitere Informationen zum Thema Simulation Q Allgemeine Angaben 8 Theoretischer Rahmen si ak Y Softwareentwicklung Hypermedia EN ane
139. cer kann der Benutzer jederzeit seinen Weg durch die Dokumente zur ckverfolgen bzw auch zu ihnen zur ckkehren Mit Hilfe des Button Index kann zum Index bzw zur Inhalts bersicht verzweigt werden Ein weiterer Button er m glicht die Suche ber Inhaltsverzeichnisse Schlagworte und im Voll text Stichworte Um die Orientierung zu erleichtern befindet sich auf jedem Hypertext Dokument eine Information zur aktuellen Position im Navigationspfad Dar ber hinaus wurde eine Sprechblasen Hilfe imple mentiert die nach einer kurzen Verweilzeit mit der Maus ber einem sen sitiven Element aktiviert wird 5 2 Untersuchungen zur visuellen Darstellung und Orientie rung in dreidimensionalen virtuellen Raumen Benutzungsoberfl chen herk mmlicher Art bieten aufgrund ihrer grafi schen Repr sentation Buttons Icons Hyperlinks h ufig schwer ver st ndliche Bez ge zu den dahinter verankerten Inhalten Im Zuge der pro totypischen Studien zur visuellen Darstellung und Orientierung in Hyper strukturen zeigten sich die Defizite derartiger Darstellungen Deshalb dachten wir ber andere Formen der Visualisierung nach insbesondere ber Fragen der Visualisierung dreidimensionaler Hypermedia Strukturen Untersucht wurde ob Benutzungsoberfl chen mit dreidimensionalen Dar stellungen einer Werkstattumgebung geeigneter sind als zweidimensionale 152 wie sie in relativ abstrakter piktogrammatischer Form in tiblichen Hyper media Umgebungen verwe
140. ch und analytisch zu detailliert bzw zu aufwendig sind Die Kernidee ist dabei die Vereinfachung der Struktur und Verhaltensbeschreibung des zu simu lierenden Systems auf qualitative Zusammenh nge z B wenn der Para meter A zunimmt steigt auch der Parameter B Unsicherheiten die aus dem Zusammenwirken mehrerer Einfl sse auf einen Parameter mit unter schiedlichen Vorzeichen resultieren werden meist durch eine Fallunter scheidung und paralleles Weiterverfolgen der m glichen aktiven Prozesse 36 behandelt Bekannte Ans tze zur qualitativen Mehrphasensimulation sind QSIM Kuipers 1984 und QPT Qualitative Process Theory Forbus 1984 Eine fachdidaktische Aufarbeitung dieser im Umfeld der K nst lichen Intelligenz KI entstandenen Konzepte in Verbindung mit dem Simulationslernen in der beruflichen Bildung steht noch aus 1 2 6 Entdeckendes Lernen Laurillard 1987 betont die M glichkeit des explorativen entdeckenden Lernens mit Hilfe der Simulation Er nennt hierf r drei wesentliche Vor teile die Simulationen gegen ber anderen Formen des rechnergest tzten Lernens aufweisen There are three ways in which the simulation is a pe dagogical advance on the conventional tutorial form a it gives the stu dent direct access to the domain model rather than mediating this through dialogue b because of this the explanations are implicit in the behaviour of the model giving the student experience of its behavio
141. chnern f r bestimmte Sch ler insbesondere lernschw chere doch Lernbarrieren beinhaltet Nach den Er fahrungen des Modellversuches kann dieses Problem nur dadurch gemil dert werden da f r die Betreuung der schw cheren Sch ler mehr Zeit aufgewendet wird Dies erfordert eine Binnendifferenzierung bei der Un terrichtsplanung und Durchf hrung 1 5 K nnen Simulatoren Realsysteme ersetzen Aufgrund der vorliegenden Erfahrungen kommen wir zu dem Ergebnis da hypermediabasierte Simulationssysteme aufwendige Realsysteme f r Unterrichtszwecke in vielen F llen sinnvoll erg nzen oder in einzelnen F llen sogar partiell ersetzen k nnen Einige Argumente f r den Einsatz von Simulationssystemen sollen im folgenden benannt werden Simulatio nen erm glichen 1 Experimente an Modellen komplexer zeitkritischer oder gef hrlicher Systeme wenn beispielsweise das reale System in der Handhabung zu hohe Unfallrisiken birgt oder bestimmte zeitliche Abl ufe in der Rea lit t nicht exakt erfa bar sind 2 handlungsintensives Lernen an vereinfachten Modellen Reduzierung von Bedienkomplexit t 3 Experimente an Modellen kostspieliger Systeme 252 4 Reproduzierbarkeit von komplexen Ursache Wirkungszusammenh n gen und definierten Randbedingungen 5 Antizipation geplanter technischer Entwicklungen 6 F rderung von Abstraktionsverm gen Perspektivenvielfalt und Ana logiebildung 7 Kommunikation und Diskurs 8 Individu
142. cht zwischen den beiden ineinandergreifenden Zahnr dern hindurch transportiert wird Au erdem kann anhand der Animation das Problem der Quetschfl ssiekeit beim Ineinandergreifen der Zahnr der erl utert werden Anwendungsgebiete Tj Document Done ta 4 313 Anhang 4 Netscape HYSIM Zahnradpumpe Flussigkeitsstromungen File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Anwendungsgebiete Metalltechnik Konstruktion Simulation Bemerkungen Als Grundlage dieser Animation diente die Abbildung einer Zahnradpumpe die vorher von uns konventionell auf Papier erstellt worden war Durch Einscannen und Nachbearbeiten des Scans mit Hilfe eines Bildbearbeitungsprogrammes entstand die Vorlage zu dieser Animation Animiert wurde mit Hilfe des Animators Pro Das Pumpengeh use ohne Zahnr der diente als Basis in die die rotierenden Zahnr der ebenfalls als Bitmap eingesetzt wurden Abschlie end wurde die Fl ssigkeit mit Hilfe emer F ll Funktion in die einzelnen Bilder der Animation eingesetzt Der Umfang der Animation PUMPE FLC betr gt 140 Frames bei einer Aufl sung von 400 300 Punkten Hardwareungebung Betriebssysteme PC 386 8 MB Hauptspeicher DOS MS Windoh Unter DOS wird ein entsprechendes Player Programm f r FLC Files ben tigt Unter Windows m ssen die entsprechenden Ammations Treiber oder ein Player installiert sein D M ller 19 9 1996 HYSDM Home Softwareliste HESIM Fj
143. ckelt In der Anfangsphase des Projektes wurde au erdem auch eine kommerzi ell verf gbare Lernsoftware eingesetzt um schon in fr hen Phasen des Modellversuches Erfahrungen mit hypermediabasierter Lernsoftware zu sammeln und erste Orientierungen bekommen zu k nnen Die durchgef hrten Fallstudien decken ein relativ breites Themenspektrum im Bereich beruflicher Bildung ab und lieferten neben wichtigen Erfah rungen und Erkenntnissen auch Softwareprodukte und Materialien die schon w hrend des Modellversuchs anderen Lehrkr ften zur Verf gung gestellt werden konnten Die Erfahrungen aus der Entwicklung und dem unterrichtsbezogenen Ein satz der einzelnen in den Fallstudien erprobten Softwaresysteme basiert im wesentlichen auf den Dokumentationen durch die Lehrer selbst Dies sind schriftlich fixierte Einsch tzungen der Beteiligten und insofern selbstver st ndlich nicht objektiv 5 Trotzdem haben wir uns zu diesem methodi schen Vorgehen entschieden und beispielsweise auf die Einbeziehung ex terner Beobachter bis auf eine Kontrollgruppe verzichtet Insbesondere sprachen vier Argumente f r unser Vorgehen 5 Aufgrund der aufgezeigten methodischen M ngel standardisierter Verfahren im Zu sammenhang mit Lernsoftware Bewertungen argumentiert Schulmeister hnlich dann scheint es doch sinnvoller zu sein inhaltliche Beurteilungen in freier Textform abzuliefern Schulmeister 1996 S 385 6 Das Unterrichtsvorhaben SPS gesteuerte
144. ckeltes unix basiertes Hypermedia System Das System entstand ab 1985 und hat wichtige Impulse f r nachfolgende Ent wicklungen gegeben 69 boten auch auf den sog Howthorne oder Neuigkeitseffekt zur ck zuf hren sei At first sight the effects of introducing hypertext seem to have been positive However they also report an unexpected finding which sug gests that improvements may not have been attributable to the introduction of hypertext per se but rather to factors related to its introduction McKnigh Dillon 1991 112ff 1 6 4 Situiertes Lernen Seit Ende der 80er Jahre taucht ein Begriff immer h ufiger auf wenn es um die Frage geht wie am besten gelernt werden soll n mlich der des si tuierten Lernens Die Grundidee des situierten Lernens besteht darin da Lernen als ein Proze zu betrachtet ist der im Besonderen von der materi ellen und sozialen Situation in der Lernprozesse stattfinden abh ngig ist Die Ans tze die auf den Theorien situierten Lernens beruhen haben unter anderem die Forderung nach Lernen in komplexen Lernumgebungen ge meinsam Viele Autoren u ern in diesem Zusammenhang die These da der Erwerb sogenannten situierten Wissens durch multimediale oder hy permediale Lernumgebungen in besonderer Weise unterst tzt werden kann Mandl Gruber Renkl 1995 S 167ff Duffy amp Knuth 1990 Spiro und Jehng 1990 haben mit der Entwicklung einer fallbasierten Lernumge bung versucht diese
145. d erm glichen so auch Nicht Informatikern die Hypermedia Anwendungsentwicklung Andererseits ergeben sich u a folgende Re striktionen die bei der Planung eines Softwareprojektes mitbedacht wer den m ssen e Es bestehen nur reduzierte M glichkeiten der Datenkapselung und Modularisierung innerhalb von Anwendungen e Es existiert keine ausreichende Datentypkontrolle Tippfehler f hren zu Fehlern die nicht sofort bemerkt werden e Die Erweiterung der vorgegebenen Objekthierarchie ist kaum m g lich e Es k nnen w hrend der Laufzeit einer Anwendung keine neue Instan zen generiert werden Diese Restriktionen machen sich bei der Entwicklung gr erer Systeme unangenehm bemerkbar und zwingen dazu ein gewisses Ma der Be scheidenheit nicht zu berschreiten Modularisierbarkeit Die M glichkeiten der Modularisierbarkeit innerhalb einzelner Hypermediamodule ist wie gerade angedeutet eingeschr nkt Allerdings k nnen einzelne physikalisch getrennte Module ber Hyper links lose miteinander verkn pft werden Hierdurch ergibt sich eine Mo dularisierbarkeit auf Datei Ebene die in hypermediagest tzten Anwen dungen eine interessante Perspektive zur Integration verschiedener auch von unterschiedlichen Personen oder Teams entwickelten Anwendungen er ffnet Die M glichkeit des Datenaustauschs zwischen diesen Modulen ist zwar eingeschr nkt prinzipiell aber l sbar Dar ber hinaus bieten die untersuchten Systeme Schnittstelle
146. de Funktion besitzen e merkmalszusammenfassende surjektive Modellierungen bei denen die Attribute des Originalsystems als solche insgesamt perzipiert also nicht in Teilstrukturen aufgel st werden Generalisierung Klassen bildung Verwendung der Black Box Methode Hieraus resultiert im 3 Die Modellkonstruktion beinhaltet die Modellanalyse und die Modelltransformation die Modellbenutzung auch das Modellexperiment und die Modellrepr sentation Mo delldestruktion und Modellmodifikation werden der Modellkonstruktion zugeordnet 4 Im modelltheoretischen Sinne kann Komplexit tsreduktion durch rigorose Be schr nkung des Beschreibungs bzw Erkl rungsaspekts auf Struktur Proze und Funk tion geschehen Stachowiak 1973 S 89 28 Allgemeinen eine Verringerung der Detailtreue allerdings auch eine h here Ubersichtlichkeit und Verst ndlichkeit im Modellbereich e formal strukturelle Modellierungen bei denen die Attribute des Ori ginalsystems in strukturell hnliche Modell Attribute umkodiert wer den die dem Modellbenutzer bekannt bzw f r ihn verst ndlicher sind Dies entspricht sog hnlichkeits oder Analogiemodellen die den kognitiven Transfer bergang von bekannten zu neuen Wis sensinhalten vereinfachen helfen 2 Auf der Ebene der Modellbenutzung Modellexperiment Modellrepr sentation durch e die Wahl verst ndlicher symbolischer textueller grafischer oder ge genst ndlich stofflicher Model
147. den Proze objekten Zur Realisierung solcher Simulationsprozesse mu die Sprache Ausdrucksmittel f r nebenl ufige Prozesse haben Ne benl ufigkeit erfordert au erdem Mechanismen zur Kommunikation und Synchronisation von Proze objekten e Die Implementierung komplexer proze orientierter Simulatoren ist praktisch nur durchf hrbar wenn eine geeignete Simulationsunter st tzung in der Sprache selbst oder als Bibliothek zur Verf gung steht Dazu geh ren z B Ereignis und Proze verwaltung Zufalls zahlengeneratoren Algorithmen f r statistische Auswertungen und Visualisierungsfunktionen e Zur Modellierung der in der Simulation vorkommenden Daten sollten simulationsspezifische Datentypen und strukturen gebildet werden k nnen Aufgrund dieser Anforderungen wird deutlich da komplexere Proze si mulationen nicht mit skriptbasierten Hypermedia Entwicklungssystemen m glich sind Unter Ber cksichtigung vergleichender Bewertung ver 137 schiedener Sprachkonzepte fiir die Simulationsentwicklung Frauenstein Pape Wagner 1990 w hlten wir die Sprache Smalltalk 80 3 1 Prototypische Realisierung einer verteilten Automatisie rungsl sung Gegenstand der konkreten Realisierung war die Implementation einer Pro ze simulation mit der Sch lerinnen bzw Sch ler das komplexe Verhalten einer geregelten Heizungsanlage simulieren k nnen M glich ist die Mo dellierung eines Systems bestehend aus einem Heizkessel einschlie lich
148. der n die Lage versetzt werden nach einem Stromlaufplan das elektrisch gesteuerte Wegeventil eines Pneumatikzylinders anzuschlie en Im zweiten Teil Seite 3 sollen die Kenntnisse der 2 Seite verwendet werden um statt eines einfachen Schalters den Ausgang einer SPS zu verwenden Schlie lich kann im dritten Teil Seite 4 durch das Zeichnen eines Weg Schritt Diagramms die Folgesteuerung von 3 Zylindern grafisch programmiert werden Mit dem Programm Spabil k nnen die Impulse f r die Zylinderbewegungen ber die parallele Schnittstelle des PCs auch auf reale Systeme bertragen werden Dazu mu die DLL outprt dll sich im selben Verzeichnis befinden und ein geeigneter Ausgabebaustein angeschlossen werden Bildschirmfoto und Bedienungshinweise zeigen Anwendungsgebiete Steuerungstechnik Technische Informatik Digitaltechnik Programmierung Bemerkungen Das Programmpaket bietet neben der Simulation die M glichkeit auch reale Komponenten zu steuern Weitere Informationen sowie unterrichtliche Erfahrungen mit diesem Lernprogramm sind in den Projektberichten nachzulesen Hardwarewngebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows Relaiskarte z B Fa Conrad Best Nr 967718 Relaskarte 98 DM Es wird ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung ben tigt D M ller 31 12 1995 HYSDM Home Softwareliste HESIM Fi Document Done u 4 301 Anhang 4 Netscape HYSIM Elektropneumatik Selbsthalteschaltunge
149. der Fortbildung wurden die Grundlagen der Simulati onstechnik vermittelt sowie eine Einf hrung in das Hypermedia Konzept gegeben Die Demonstration verschiedener Simulatoren und Hypermedia Systeme diente dazu die einzelnen Konzepte an praktischen Beispielen zu veranschaulichen Dar ber hinaus war es uns wichtig den Teilnehmern deutlich zu machen da durch Hypermedia die M glichkeit gegeben ist verschiedenartige Simulationsbausteine in eine hypermediagest tzte Lern 174 umgebung einzubinden und hierdurch die besonderen Vorziige von Hy permedia z B vielseitige Vernetzbarkeit von Informationen in ein Ge samtsystem und Simulationen Modellieren und Experimentieren mit Teilaspekten zur Geltung zu bringen Inhalte Zeit h 1 Einf hrung in die Thematik 6 Simulation als Qualifizierungsmittel Begriffsbestimmungen didaktische Implikationen Hypertext und Hypermedia Begriffsbestimmungen Softwarebeispiele 2 Einf hrung in die Nutzung von Hypermediasystemen 6 Konzept Struktur Datenmodell Beispielanwendungen bl ttern browsing 3 Einf hrung in die Nutzung von Hypermediasystemen Il 6 Eigenst ndiges Erstellen neuer B cher Grundelemente der Programmierung Tabelle 2 I Kurs Einf hrung in die Thematik des Modellversuchs Kurs Hypermedia Autorensysteme I Im Rahmen dieser Kurseinheit sollten die konzeptionellen sowie prakti schen Voraussetzungen zur Erstellung hypermed
150. der MCI Ger tetreiber f r WAVE Audio und oder AVI Anmationen im System installiert sein K Schmudlach 31 1 1996 HYSIM Home Softwareliste HYSIM Ti Document Done u 326 Anhang t Netscape Tagungsband OF x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help berregionale Abschlu tagung des Modellversuches Hypermediagest tzte Simulationssysteme f r berufliche Schulen HYSIM vom 28 29 November 1996 in Bremen durchgef hrt von beruflichen Schulen im Lande Bremen und dem Forschungszentrum Arbeit und Technik artec der Universit t Bremen Tagungsprogramm Taeunssort Anmeldunesformalitaten Orsanisatorisches Gru wort der Senatorin fiir Bildung Wissenschaft Kunst uns Sport Tagungsprogramm Donnerstag bis 14 30 Uhr Anreise der Teilnehmer Begr ung 15 00 Uhr Er ffnung der Fachtagung Dr Rolf M hlenbrock Senator f r Bildung Wissenschaft Kunst und Sport 15 30 Uhr Darstellung der Problemfelder Projektziele und des methodischen Vorgehens aus schulischer Sicht J rgen Steenbock Schulzentrum Vegesack Bremen 16 00 Uhr Darstellung der Problemfelder Projektziele und des methodischen Vorgehens aus Sicht der wissenschaftlichen Begleitung 4 sa Document Done u 4 327 Anhang 4 Netscape Tagungsband OO x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help 16 00 Uhr Darst
151. der digitalen Daten bertragung Mit Hilfe von Simulationen kann dar ber hinaus das Prinzip serieller Daten bertragung veranschaulicht werden Mit einem weiteren Modul kann die Anbindung eines Interface Bausteines an den Prozessor simuliert und entsprechend visualisiert werden Dar ber hinaus ist es m glich auch die Steuerung und Programmierung eines Schnittstellenbausteines zu simulieren ber den Begr ungsbildschirm erh lt man unter HILFE eine kurze Einf hrung zur Benutzung der Lernsoftware Dabei wird insbesondere die Funktion der Druckkn pfe beschrieben mit denen man sich durch das Programm navigieren kann Von der Themenauswahl des Begr ungsbildschirmes erreicht man die einzelnen Kapitel des Hypertext Lernbuches Bildschirmfoto zeigen Anwendungsgebiete Technische Informatik Digitaltechnik Programmierung H Ti Document Done a YZ 305 Anhang 4 Netscape HYSIM Serielle Daten bertragung File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Verf gbar sind auch Unterrichtsmaterialien die der Kollege Kurt Eblinger Berufsschule f r Elektrotechnik in Bremen erstellt hat Eine bersicht zur Reihenfolge der Materialen ist jeweils als Hilfe Datei beigef gt Teil 1 und Teil 2 der Unterrichtsmaterialien vom Server laden Kurzbeschreibung Die Anwendung Serielle Schnittstelle besteht aus einem Hypertext Modul zur Vermittlung der grundlegenden Kenntnisse in der digitalen Daten bertragung Mi
152. deutung St ndiger Austausch von Erfahrungen Tricks und Tips und die Begleitung durch ei ne auf die Belange der Projekte abzielende Lehrerfortbildung halfen ber viele vor dem Einstieg in die Modellversuchsarbeit nicht erwartete H rden hinweg Am Ende des urspr nglich geplanten und bewilligten Modellver suchszeitraumes stellte die Modellversuchsgruppe fest e da der erhebliche Aufwand f r die Entwicklung eigener Simulati onssysteme dazu gef hrt hatte da f r die Erprobungsphase nicht hinreichend Zeit zur Verf gung stand e da die Multimedia Technik enorme Fortschritte gegen ber dem Stand bei Beginn des Modellversuches gemacht hatte e da die Kostenentwicklung auf dem Hard und Softwaresektor g n stiger als erwartet verlaufen war und dadurch multimediale Anwen dungen auch f r den Schulbereich interessant wurden Vor dem Hintergrund dieser Entwicklungen wurde eine Verl ngerung des Modellversuches um ein Jahr genehmigt so da der Modellversuch offizi ell mit dem 31 8 1996 beendet wurde 10 F Wilhelm Bruns Achim Heimbucher Dieter Miiller 2 Projektziele und methodisches Vorgehen aus Sicht der wissenschaftlichen Begleitung In diesem Kapitel werden Projektziele sowie das methodische Vorgehen der wissenschaftlichen Begleitung im Modellversuch HYSIM beschrieben Dar ber hinaus werden wichtige Untersuchungs und Arbeitsfelder erl u tert sowie ein berblick ber den zeitlichen Ablauf gegeben Vertiefende Dars
153. die dann von den Lernenden entsprechend ihrer eigenen Lernvoraussetzungen kombiniert oder gestaltet werden k nnen Selbststeigerung Self Enhancement ist eine weitere motivationsf rderli che Komponente die im Simulator Lernen in besonderer Weise stimuliert werden kann Selbststeigerung basiert auf dem Bed rfnis vorhandene F higkeiten anzuwenden und zu steigern Das Erfahren des Anstiegs der ei genen Leistungsf higkeit beinhaltet f r viele Individuen eine befriedigen de Funktion Insofern stellt diese Selbststeigerung ebenfalls eine anthropologische Fundamentalkategorie der Motivation dar Dieterich 1994 S 219 Dies erkl rt auch die Neigung vieler Kinder und Erwachse ner bei simulations hnlichen Computerspielen eine Punktzahl die ein Si mulator ausweist nicht einfach zu akzeptieren sondern das Spiel immer wieder fortzusetzen um das eigene Ergebnis zu verbessern Dieterich nennt noch weitere kognitive Motive wie z B Neugier Wissen wollen Tendenz zur Einsicht S 220 die besonders im Umgang mit rechnergest tzten Simulationen geweckt werden Der Technik wohnt eine Faszinationskraft inne die bei vielen Menschen nur deshalb nicht zur Wir kung kommt weil sie vor Hochtechnologie intellektuell kapitulieren m s sen Lernsimulatoren stellen aber eine Art von Technik dar deren Sinn 5 Die M glichkeit der Vergegenst ndlichung von Erfahrungen Interessen und Phantasi en ist allerdings daran gebunden da der B
154. die Implementation dynamischer Darstellungsfunktionen Es wurden drei hnliche Prototypen mit verschiedenen Entwicklungssystemen ToolBook Macromind Director Java Applet erstellt Dynamisches Dynamische Ausgabefeld Eingabefeld 4 Interaktives Buch Berechnung der Auflagerkr fte Die Auflagerkr fte bei Lagern und Wellenzapfen werden mit Hilfe des Hebelgesetzes berechnet Bei der Berechnung der A i i inarmigen Hebels in B angenommen und entspredhend bei der Berechnung in B der Drehp in Auflagerkraftin FA I FG I1 FG 2500 N AuflagerkreftinB FB I FG 12 _100 Verschiebbares Sensitiver Bereich Element zum Bl ttern Abb 4 1 Interaktives Buch 144 4 2 Zahnradkonstruktion Diese Anwendung wurde als eine interaktive Lernhilfe fiir die Konstrukti on von Zahnr dern entwickelt Der Lernende kann mit Hilfe einzugeben der Parameter Modul Z hnezahl und Teilkreisdurchmesser ein Zahnrad konstruieren dabei werden die einzelnen Schritte des Konstruktionspro zesses genau erl utert Der zeitliche Ablauf der einzelnen Konstruktions schritte wird vom Benutzer bestimmt der logische Ablauf wird allerdings im Wesentlichen vom System vorgegeben Der Lernende hat zus tzlich die M glichkeit mit Hilfe des Programms etwas ber die mathematischen Hintergr nde von Zahnradkonstruktionen zu erfahren Die Anwendung wurde mit einem Hypermedia Entwicklungssystem implementiert Zentra ler Forschungsgegenstand dieser Stu
155. die war die explorative Analyse inter aktiver Simulationen zur Erstellung von technischen Zeichnungen inner halb hypermediagest tzter Anwendungen vgl Abb 4 2 4 3 Interaktives Puzzle Direkt in Verbindung mit dem vorhergehendem Animationsbeispiel steht eine kleine Anwendung mit deren Hilfe den Benutzern der Aufbau einer technischen Zeichnung vermittelt werden soll Als Beispielzeichnung dient der untere Teil eines Pumpengeh uses das in den blichen drei Ansichten dargestellt werden soll Die Anwendung ist als ein Puzzle aufgebaut vgl Abb 4 3 Zun chst m ssen mit Hilfe einer Maus die Grundformen der Zeichnung korrekt angeordnet werden In einem zweiten Schritt folgt die Bema ung der Zeichnung Als Orientierungshilfe sind f r den Anwender unsichtbare Einrastpunkte auf der Oberfl che angeordnet die die korrekte Positionierung der Puzzleteile unterst tzen sollen Die Einsch tzung ber den didaktischen Sinn einer solchen Anwendung war innerhalb der Projektgruppe sehr geteilt Einige Projektmitarbeiter meinten da das auf wenig Systematik basierende Zusammen Puzzeln einer Zeichnung fachdidaktischen Anspr chen nicht gerecht wird Da die Anwendung aus Zeitgr nden nicht im Unterricht erprobt werden Konnte konnten auch Sch ler diese Frage nicht beantworten 145 Abb 4 2 Konstruktion eines Zahnrades 146 Mies Abb 4 3 Interaktives Puzzle 147 4 4 Ergebnisse Bez glich der technischen Realisierungsm
156. dien er probten Softwaresysteme basieren im wesentlichen auf schriftlich fi xierten umfassenden Dokumentationen der Beteiligten vgl hierzu z B die Erfahrungsberichte in Kap VD e Als eine Orientierungshilfe f r die Dokumentation und Bewertung der einzelnen Fallstudien wurde ein offener Bewertungsrahmen verwen det der im Zuge intensiver Diskussionen aller Beteiligten gewonnen wurde vgl Abb 1 1 Dieser Rahmen enth lt eine genauere Be schreibung spezifischer Evalutionsfelder und Evaluationskriterien 108 Ein grundlegender Unterschied zu g ngigen Evaluationmethoden besteht im Modellversuch HYSIM also darin da es innerhalb der Projektgruppe HYSIM m glich war sich ber allgemeine Evaluationskriterien innerhalb spezifischer Evalutionsfelder zu verst ndigen Wir gehen davon aus da solche konsensuelle Verfahren in denen Schulpraktiker und Wissen schaftler gleichberechtigt beteiligt sind am ehesten geeignet sind komple xe Fragen der Evaluation unter spezifischen Fragestellungen zu bearbeiten Wenn allerdings konsensuelle Verfahren z B aus Zeitmangel oder wegen des personellen Aufwands aufgegeben werden m ssen reduziert sich die Evaluation zwangsl ufig auf standardisierte Methoden die dann mit den erw hnten Einschr nkungen einhergehen m ssen Didaktik Motivation und Lernen Lernorganisation Leistungsbewertung Effizienz Entwicklungsaufwand konomische Aspekte Software entwicklung
157. e 3 sollen die Kenntnisse der 2 Seite verwendet werden um statt eines einfachen Schalters den Ausgang einer SPS zu verwenden Schlie lich kann im dritten Teil Seite 4 durch das Zeichnen eines Weg Schritt Diagramms die Folgesteuerung von 3 Zylindern grafisch programmiert werden Mit dem Programm Spabil k nnen die Impulse f r die Zylinderbewegungen ber die parallele Schnittstelle des PCs auch aufreale Systeme bertragen werden Dazu mu die DLL outprt dll sich im selben Verzeichnis befinden und ein geeigneter Ausgabebaustein angeschlossen werden Bildschirmfoto und Bedienungshinweise zeigen Anwendungsgebiete Steuerungstechnik Technische Informatik Digitaltechnik Programmierung Bemerkungen Das Programmpaket bietet neben der Simulation die M glichkeit auch reale Komponenten zu steuern Weitere Informationen sowie unterrichtliche Erfahrungen a Ti Document Done a 4 300 Anhang st Netscape HYSIM SPS gesteuerte Pneumatik File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Datei vom Server laden Dateigr e ca 182KB gepackt zip Datei ca 470 KB entpackt besteht aus 3 Dateien Kurzbeschreibung Das Programm Paket SPS gesteuerte Pneumatik besteht aus dem Programm SPS 1 und Spabil Mit dem Programm SPS1 kann die Realisation einer SPS gesteuerten Pneumatikschaltung simuliert werden Im einzelnen bietet das Programm folgende M glichkeiten Im ersten Teil Seite 2 soll der Anwen
158. e Prozesse technischer Systeme transparenter zu machen Er weist darauf hin da das Wahrnehmen und Verstehen komplexer Kausalit tsbeziehungen Kausalit tswahrnehmung S 139 in vielen F llen auf mentalen Modellen basiert die mehr oder we niger ph nomenologischen Alltagsvorstellungen entspringen Diese men talen Modelle sind so Dutke bedeutsam f r jeden Lern und Erkennt nisproze 1 3 2 Hypermediasystem zum Thema Serielle Schnittstelle Das Hypermediasystem zum Thema Serielle Schnittstelle wurde wie die Autoren betonen deshalb entwickelt um die serielle Schnittstelle eines konkreten Mikrocomputersystems so zu modellieren da die Visualisie rung der im Realsystem verborgen ablaufenden Vorg nge m glich wird Wie die Abb 1 5 zeigt wurden auch hier Elemente einer Mehr ebenen Modellhierarchie realisiert 7 Ein psychologischer Forschungsbereich der vielf ltige Anregungen f r die bewegte Darstellung von Prozessen Hervorh D M bietet ist der in j ngerer Zeit selten zitierte Bereich der ph nomenalen Kausalit t Diese Forschungsarbeiten gehen vor allem auf den Gestaltpsychologen Albert Michotte z B 1954 zur ck der in zahlreichen Ex perimenten untersuchte welche Randbedingungen f r die Wahrnehmung von Kausalit t gegeben sein m ssen Wichtig ist an Michottes Argumentation da diese kausalen Zusammenh nge nicht etwa kognitiv erschlossen werden sondern direkt wahrgenom men werden Dem Eind
159. e der Bewegungsablauf modelliert d h die Bewegung der einzelnen Objekte wurde manuell erstellt Der Film umfa t 62 Frames und legt im FLC Format vor Seine Aufl sung betr gt 320 240 Punkte Hardwareumngebung Betriebssysteme PC 386 8 MB Hauptspeicher DOS MS5 Windows Unter DOS wird ein entsprechendes Player Programm f r FLC Files ben tigt unter Windows m ssen die entsprechenden An mations Treiber oder em Player installiert sein W Shutainger 06 03 1997 Hysim Home Softwareliste HYSIM Fj Document Done u Z 316 Anhang 4 Netscape HYSIM Kurbelschleife File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HYSDM Home Softwareliste Programmname Dynamisches Verhalten einer Kurbelschleife Autor Eckhard Meier Uni Bremen Programmversionen Vers 1 Dateitransfer Die Onginaldate umfa t 1 2 MB die dazugeh rige ZIP Date 711 KB z p Datei vom Server laden Kurzbeschreibung Die der Animation zugrundeliegende Aufgabe ist die Konstruktion eines formschl ssigen Schwenkwinkels zwischen zwei Wellen Es soll eine Reduktion der Rotationswinkel von 120 auf 30 Grad erfolgen Die Reduktion geschieht anhand einer Kurbelschleife Die An mation zeigt den Bewegungsablaufes der Kurbelschleife w hrend des Reduktionsprozesses Anwendungsgebiete 7 38 Document Done 317 Anhang y Netscape HYSIM Kurbelschleife iof x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window
160. e etwa diejenige der Firma FESTO bildet praktisch einen kompletten Baukasten f r die Erstellung und Simulation auch komplexer Schaltungen auf dem Bildschirm Da aber der Unterricht in diesem Bereich aus didaktischen Gr nden wie schon erw hnt in Labor form an den realen Systemen erfolgt macht es keinen Sinn diese durch virtuelle Systeme zu ersetzen Sinn macht es jedoch den Laborunterricht durch den gezielten Einsatz von Simulationen vorzubereiten bzw punktu ell zu begleiten Besonders dort wo die Funktion schwer zu durchschauen ist wie im Elektroschaltplan und an der Schnittstelle zwischen Elektrik und Pneumatik Kann der gezielte Einsatz einer Simulation das Verst ndnis der Schaltung und ihren anschlie enden Aufbau erleichtern Da kommer zielle Systeme hier meist versagen und durch ihre Komplexit t von den jeweils wichtigen Problemstellungen eher ablenken wurde eine Eigenent wicklung in Angriff genommen 210 Die bisherige Programmiererfahrung beschr nkte sich wenn man von pri vaten Projekten einmal absieht weitgehend auf den Einsatz von Program miersprachen wie BASIC und PASCAL im Informatikunterricht Dabei kommt man in der Berufsschule meist ber kleine Programm Module nicht hinaus wie sie von den Sch lern in einer Doppelstunde programmiert werden k nnen Als umfangreicheres Projekt wurde bisher nur ein per Maus zu bedienendes Zeichenprogramm im Rahmen des Informatikunter richts an der Gymnasialen Oberstufe erstellt E
161. e solcher Module Kopplungen von Program men und Realsystemen wie z B technischen Modellen Versuchs bzw Laboreinrichtungen vorgenommen werden sollen Der letzte Aspekt er schien uns besonders wichtig da in der Kopplung virtueller Rechnermo delle mit gegenst ndlichen konkreten Systemen eine besondere berufs p dagogische Relevanz liegt Ein weiterer Inhalt dieser Kurseinheit war die Integration von Multimedia wie Video und Ton in Hypertextumge bungen hierzu wurden die grundlegenden Konzepte dargestellt sowie die hard und softwarebezogenen Voraussetzungen er rtert Des weiteren wurden die Teilnehmer in die Grundlagen der Softwareergonomie einge f hrt Ziel war es hieraus Erkenntnisse f r den Entwurf die Gestaltung und die Bewertung hypermedialer Lernsoftware gewinnen zu k nnen 176 Inhalte Zeit h Die Verwendung von Softwarekomponenten innerhalb von Hypermedia Autorensystemen Grundlagen Nutzen vorhandener Komponenten Beispiele und Ubungen 6 Dynamische Verkn pfungsbibliotheken Erstellen eigener DLL Module Arbeiten mit der Entwicklungsumgebung Pascal Beispiele und bungen Einf hrung in die Softwareergonomie Was kann die Softwa reergonomie bei der Entwicklung von hypermediagest tzter Lernsoftware leisten Einf hrung Begriffsbestimmung Grundlagen Ebenen und Probleme der Systemgestaltung Arbeitswissenschaftliche Aspekte Normen Standards Styleguides Entwurf u
162. ear durchlaufen werden kann erlaubt das Hypertext Konzept dar ber hinaus eine komplexere nichtsequentielle Organisation des darzustellenden Inhalts Hier kann der Benutzer auf jede Information 56 zu jeder Zeit zugreifen und ist damit nicht auf die vorgegebene Struktur des Autors festgelegt Hypermedia ist eine Ausdehnung der Hypertext Konzeption von reinem Text auf verschiedenartige Medien dementsprechend k nnen Hypermedia Dokumente au er Text noch andere unterschiedliche Medien beinhalten wie z B Grafik Ton und Film M hlh user weist darauf hin da in Hy permedien neben zeitunabh ngigen Informationen Text 2D 3DGrafik insbesondere zeitbasierte Medien Video Audio Animation integriert und koordiniert werden wobei Hypermedia Hypertext einschlie t vgl M hl h user 1991 S 282 2 Informationseinheit node Gerichteter Verweis link Abb 1 1 Hypermedia Herk mmliche Applikationen wie z B Texteditoren Datenbanken und Tabellenkalkulationen k nnen als Hilfsmittel zur Anh ufung und schnellen Bearbeitung gro er Mengen linear organisierter Informationen charakteri siert werden Bei Hypermedien dagegen sind Informationen also nicht mehr linear organisiert sondern als Knoten engl nodes ber ein mehrdi mensionales Netzwerk von strukturierten Verbindungen engl links ver teilt vgl Abb 1 1 2 Im folgenden werden die Begriffe Hypermedia Hypermedien oder Hypermedia Systeme synonym gebraucht Hy
163. ebnisse aus diesen Studien darge stellt Im Rahmen des Projektes haben wir die eingesetzten Hypermedia Autorensysteme gleichzeitig als Prototyping Tools eingesetzt zur Eignung dieser Tools vgl Kap VII Dabei wurde in folgenden Schritten vorgegan gen 1 In einer ersten Designphase wurden lauff hige aber nicht vollfunk tionsf hige Module entwickelt 2 Diese Module wurden dann im Rahmen von Projektsitzungen Ford bildungsveranstaltungen und Workshops demonstriert und diskutiert 3 In einer zweiten Designphase wurden die Anwendungen berarbeitet und die notwendigen Programmfunktionen implementiert 4 In weiteren Schritten erfolgte eine weitere Demonstration und ber arbeitung 5 Anschlie end wurden die einzelne Anwendungen im Unterricht ein gesetzt 6 Unter Ber cksichtigung der ersten unterrichtsbezogenen Erfahrungen wurden die jeweiligen Programme berarbeitet Ein solches Vorgehen erfordert einen intensiven Informationsaustausch Zur Unterst tzung dieses Prozesses wurden eine kontinuierliche Fortbil dung regelm ige Treffen und mehrt gige Wochenend Workshops durch gef hrt 2 3 4 Evaluation Im Modellversuch HYSIM wurde eine umfangreiche Evaluation durchge f hrt Dazu wurde ein entsprechendes Evaluationskonzept entwickelt Auf der Basis dieses Konzeptes wurden schwerpunktm ig die Erfahrungen aus der Entwicklung und dem Einsatz hypermediabasierter Lernprogramme In der Informatik wird die Prototy
164. ecsseceseseseseesscessesosecce 3 3 V irtuelle Sadi ea e ere me N E e 3 4 Virtuelles Simulations labor sic neediest an 3 5 Monlasesimulation Lasse ai 3 6 Montagesimulation a nee 3 7 Montagesimulation Isa 3 8 Virtuelle Universit t a 3 9 Virtuelle Vorlesung snene a 3 10 Modellieren im Gegenst ndlichen und im Virtuellen 3 11 Systemspezifikation durch gegenst ndliches Vormachen 3 12 Record Play Back des Vorgemachten 0 3 13 Generierung symbolischer Steuerungsprogramme und deren Lest a SImUlalor ar rennen 343
165. edien unter Ber cksichtigung lernpsychologischer und metho discher Aspekte Vorteile gegen ber anderen Medien besitzen ist in vielen F llen abh ngig von den spezifischen Bedingungen der jeweiligen Lehr Lernsituation und deshalb schwierig zu erforschen Wie Schulmeister 1996 sicherlich zutreffend formuliert wird zudem eine Evaluation der Lernprozesse beim Arbeiten mit Hypertext durch die komplexe Struk tur des Hypertexts und die nahezu beliebige Freiheit die er Lernenden ge w hrt erheblich erschwert S 245 Dennoch wollen wir im R ckgriff auf verschiedene Quellen versuchen die potentiellen lernf rderlichen Merk male hypermedialer Systeme zu referieren Folgende Aspekte sollen ange sprochen werden 64 Kognitive Plausibilitat Kognitive Flexibilitat Aktives konstruktives und entdeckendes Lernen Situiertes Lernen und e Kooperatives Lernen 1 6 1 Kognitive Plausibilit t Viele Argumentationen bez glich der kognitiven Wirksamkeit hyperme diabasierter Anwendungen beziehen sich auf die sogenannte kognitive Plausibilit t von Hypermedia Dabei wird von einer Korrespondenzthese ausgegangen die besagt da das Verh ltnis von Hypertext bzw Hyper media und Denken als Korrespondenz vernetzter Strukturen betrachtet werden kann Hypertext scheint unter der Annahme kognitiv plausibel zu sein da Wissen dessen Erwerb allgemeines Ziel von Lernen ist im menschlichen Gehirn in vernetzten topologischen nicht li
166. einem zu entwickelnden System zu vermitteln Sie bieten in der Regel eine weit bes sere Gespr chsgrundlage als Texte Skizzen usw da konkretes System verhalten hier auch in seiner Dynamik erfahrbar ist Das Prototyping umfa t verschiedene Techniken und Verfahren Je nach Art des Anwendungszwecks kann das Throw Away Prototyping vom evolution ren Prototyping unterschieden werden Throw Away Prototypen sind sinnvoll wenn eingeschr nkte Fragestellungen mit Hilfe eines Soft wareproduktes erforscht werden sollen und kein weiteres Verwertungsin teresse bez glich dieses Produktes existiert Entsprechend dem einge schr nkten Verwertungszweck k nnen die Anforderungen an Funktionali t t Robustheit Ergonomie usw hier deutlich reduziert werden Evolutio n res Prototyping bezeichnet eine Vorgehensweise bei der aus dem an f nglichen Prototypen das sp tere System entwickelt wird Prim res Ziel dieser Methode ist die laufende Anpassung des sich entwickelnden Sy stems an wachsende bzw sich ver ndernde Anforderungen die in einer fr hen Entwicklungsphase noch nicht zuverl ssig vorhersehbar sind Ein Software Produkt da mit Hilfe des Evolution ren Prototyping entsteht beschreibt Floyd 1984 auch mit Versioning 124 Floyd unterscheidet zwei Formen des evolution ren Ansatzes e inkrementelle Systementwicklung und e evolution re Systementwicklung Die inkrementelle Systementwicklung erfolgt durch schrittweise Erweite rung de
167. el f r die Erstellung von Simulationen Einen m glichst ge ringen konzeptionellen Abstand zwischen einem abstrakten Systemmodell und einem konkreten Modell halten wir im Hinblick auf eine einfache und sichere Implementierung f r ein wichtiges Kriterium Ein geringer Abstand wird erreicht wenn die Ausdrucksmittel einer Programmiersprache sich m glichst eng an den Konzepten zur Beschreibung von Objekten und Ab straktion in physischen Modellen orientieren Konkreter folgt daraus da die Programmiersprache implizit oder explizit die Beschreibung der Mani pulation von Objekten vorsieht vgl Frauenstein Pape Wagner 1990 S 74 Verst ndliche Semantik Um Programme formulieren zu k nnen bedarf es einer formalen Sprache Diese Sprache bernimmt dabei eine zentrale Rolle als Mensch Maschine Schnittstelle Aus Sicht des Entwicklers dient sie zur Formulierung von Modellen als durch Abstraktion gewonnene Ab bilder eines Realit tsausschnitts Programme haben f r den Entwickler ei ne Bedeutung die er in Begriffen und Sinnzusammenh ngen erfa t Neben einer rein operationalen Bedeutung einer Programmiersprache ist dement sprechend deren axiomatische Semantik bedeutsam vgl hierzu Frauen stein Pape Wagner 1990 S 214ff Strukturierungsm glichkeit Die Anwendungsentwicklung wird durch die M glichkeit einer bersichtlichen Strukturierung der Softwaremodule er leichtert Eine unverzichtbare Methode stellt dabei die Objektorientierung
168. ellten Fragen einige Sch lerinnen und Sch ler schlichtweg berfordert hatten Hinzu kam da der erste Teil des Projektes sich weniger auf die Simulation einer seriellen Schnittstelle 191 bezog sondern da mit einem elektronischen Buch als Nachschlagewerk gearbeitet werden mu te Hier zeigte sich da die Computersimulation eher dort wichtig ist wo ein komplexer Vorgang mit dynamischen Prozes sen einher geht Begleitende Literatur bzw Fachb cher k nnen und sollten nicht ersetzt werden sondern m ssen weiterhin fester Bestandteil des Un terrichts bleiben Die integrierten Informationsteile haben dann eher den Charakter der schnellen Hilfe bei konkreten Fragen bzw Problemen Deutlich wurde auch die Notwendigkeit einer Fixierung der Lernergebnis se in Form von Arbeitsbl ttern Nur so wurde nach Verschwinden des fl chtigen Monitorbildes ein Nacharbeiten und oder Wiederholen des Ge lernten m glich Die Erfahrungen haben damit nochmals deutlich den Einsatzrahmen abge steckt Simulationen am Computer k nnen nicht als Allheilmittel oder gar als Superlernsystem betrachtet werden bei dem der Lehrende sich zu r cklehnt und darauf wartet da der Lernerfolg bei den Adressaten von selbst eintritt Computersimulationen sollten als ein sinnvolles Medium gleichberechtigt neben anderen im Unterricht betrachtet werden Im kon kreten vorliegenden Fall hat sich dies daran gezeigt da beim Einsatz ei ner echten seriellen Schnittstel
169. ellung der Problemfelder Projektziele und des methodischen Vorgehens aus Sicht der wissenschaftlichen Begleitung Dieter M ller Universit t Bremen 16 30 Uhr Pause 17 00 Uhr Hypermediasystem zum Thema Serielle Schnittstelle Kurt Eblinger u Pierre Tussinger Berufsschule f r Elektrotechnik Bremt 19 30 Uhr Abendprogramm Freitag 8 30 Uhr Lern und Simulationssoftware zur Erg nzung des Unterrichts in der Steuerungstechnik Hermann Gathmann u Peter Sch fer Schulzentrum Im Holter Feld Bremen 9 15 Uhr Hypernmediagest tzte Software zur Simulation eines Mikroprozessor Wolfram B ck Schulzentrum Vegesack Untersuchung von Simulatoren zur Robotik R diger Wolter 10 00 Uhr Pause 10 30 Uhr Lernsysten Vakuuntechnik Echtzeitsimulator und Hypertext Leh Ernst W J ger Buschart u Heinrich Herzog Schulzentrum Utbremen Bremer 11 15 Uhr Forschungsperspektiven und Handlungserfordernisse im Problemfelc Hypermediagest tzte Simulationssystene Prof Dr Willi Bruns Universit t Bremen 11 45 Uhr Abschlu diskussion 13 30 Uhr Ende der Veranstaltung Tagungsort Die Tagung findet statt im Bremer Innovations und Technologiezentrum BITZ Fahrenheitstra e 1 28359 Bremen Tel 0421 22 08 0 Der Tagungsort befindet sich in unmittelbarer N he der Universitat und ist mit der Stra enbahn Lime 5 Kulenkampfallee dann Umstieg in Buslinie 23 Universitat oft aa Document Done u 4 328 Anhang
170. en beliebiger Applikationen mit einem einheitlichen allumfassenden Hyper Mecha nismus und einheitlichen Benutzungsoberfl che Meyrowitz 1989 1 5 Navigation im Hyperraum Es wurde bereits angedeutet da der Anwender innerhalb einer Hyperme dia Anwendung assoziativ nach Daten forschen kann Die Form des In formationszugriffs sowie das Sich Zurechtfinden in einem Hypermedia System h ngt wesentlich von der Struktur sowie der spezifischen Einbet tung einzelner Knoten in lokale Strukturen des Systems ab Die Problema tik des Informationszugriffes und des Sich Zurechtfindens in Hyperme dia Systemen wird in der einschl gigen Literatur ausgiebig unter dem zutreffenden Begriff der Navigation diskutiert Es existieren zahlreiche Vorschl ge zur Klassifikation von Navigationsmethoden in Hypertexten vgl Kuhlen 1991 Schulmeister 1996 S 54ff u 239ff In Anlehnung an 62 Tergan 1996 der sich an g ngigen Klassifikationen orientiert lassen sich idealtypisch folgende Formen der Navigation unterscheiden e Browsing e Verfolgen vorab definierter Pfade e Searching Browsing ist die typischste Form des Informationszugriffs bzw der Navi gation in Hypermedia Systemen Mit Browsing wird im allgemeinen das assoziative Durchst bern einer Hypermedia Datenbasis bezeichnet Gloor 1990 S 152 charakterisiert das Browsing als eine von Zuf llig keiten abh ngende Informationsfindungs Strategie die besonders gut ge eignet ist f r
171. en wurde die Software jedoch an die Farbdarstellung angepa t Die Weiter entwicklung der Lernsoftware mit Anbindung an die Elektropneuma tik SPS Hardware wurde schon von vornherein farbig konzipiert Leistungsbewertung Aus dem bisherigen Einsatz der Simulation als Erg nzung des Laborunter richts ergeben sich in der derzeitigen Form keine simulationseigenen In strumente der Leistungsbewertung Die Bewertung erfolgte wie vor Ein satz der Simulation anhand von Schaltungsaufbauten nach vorgegebenem Schaltplan erg nzt durch die Erstellung eigener Schaltpl ne nach Funkti onsdiagramm sowie der Fehlersuche an Schaltungen Bei Erg nzung des Programms durch eine Simulation des Anschlu plans der E Pneumatik lie Be sich hier auch ein Test implementieren Es bleibt aber immer zu berle gen ob man die kostbaren weil knappen Laborstunden nicht dem direkten Handlungslernen am Realsystem vorbehalten soll Vorstellbar w re aber 208 der Einsatz einer erweiterten Simulation im laborbegleitenden Theorieun terricht 4 3 Erfahrungen mit der Lern und Simulationssoftware zur Elektropneumatik im Unterricht Erfahrungen im Labor Elektrotechnik 1 Ausbildungsjahr Zuerst bot es sich an die Animation des Stromlaufplans der Selbsthalte schaltung noch w hrend der Entwicklungsphase mit zwei Gruppen im La bor Elektrotechnik mit Klassenteilung zu erproben Der Einsatz erfolgte mit je einer Gruppe von Industriemechanikern und Konstruktionsmechani
172. en Kri terien folgt eine kurze Zusammenfassung der Ergebnisse Ausdrucksmittel f r die Erstellung von Simulatoren Mit Hypermedia Systemen wie z B ToolBook lassen sich kleine Animationen schnell rea lisieren Dabei bietet z B ToolBook die M glichkeit mit Hilfe eines Script Recorders Programmbefehle aufzuzeichnen w hrend man Objekte z B Bildobjekte von Hand manipuliert Sp ter kann man diese Mani 133 pulationen dann mit einem Mausklick automatisch ablaufen lassen um ei nen Animationseffekt zu erreichen Komplexere Anwendungen bei denen ereignisgesteuerte Prozesse model liert und visualisiert werden sollen sind allerdings nicht so leicht zu reali sieren Die zur Verfiigung stehenden Sprachelemente setzen hier enge Grenzen Wir haben deshalb auch fr hzeitig untersucht ob sich f r kom plexere Anwendungsf lle externe Module die entsprechende Anforderun gen erf llen einbinden lassen vgl die Untersuchung im n chsten Kapi tel Mit Hilfe der verf gbaren Entwicklungsumgebung lassen sich nach unse ren Erfahrungen recht schnell ansprechende Oberfl chen mit den unter Fenstersystemen blichen Interaktionselementen wie Textfelder Schalt fl chen Dialogfenster und Bildfelder erzeugen Die in den evaluierten Sy stemen vorhandenen Scriptsprachen erm glichen dar ber hinaus auch ei nem Anwender der mit den Grundlagen der Programmierung vertraut ist interaktiv erzeugte Objekte mit entsprechenden Funktionen anzure
173. en Situationen vgl hierzu auch Baumgartner Payr 1994 S 166 In diesem Sinne bilden auch Simu latoren nicht nur Aspekte der Realit t ab sondern schaffen auch eigene Wirklichkeiten sie besitzen in vielen F llen insbesondere wenn sie so ziale Ph nomene modellieren eine pers nlichkeitsbildende Funktion Den urspr nglichen Zusammenhang von Spiel und Lernen macht folgen des Zitat deutlich Pais Kind paidia Spiel und paideia Erzie hung Bildung sind griechische Worte die Wurzeln offenbaren in denen Spiel und Ernst Bildung und Erziehung f r das Kind noch im urspr ngli chen Sinne verbunden sind Spielende Kinder ben tzen ihre Phantasie Spielzeug Material Worte Selbstgespr che damit setzen sie Gelesenes Geh rtes Erinnertes oder individuell Vorgestelltes um sie kreisen dabei um ihre eigene Mitte ihre Wesensmitte sehen sich selbst als Mittelpunkt den sie unbewu t suchen und der sie zur Kon Zentration f hrt Zitzlsperger S 186 Der Philosoph Vonessen betrachtet Ernst und Spiel als Pole eines Bogens und pr zisiert Verspieltheit ist Nichternst denn Ernst ist wahrhaftes Spiel und erst das ist Kultur Vonessen 1976 S 24 Spiel und Ernst ge h ren danach zusammen Huizinga 1956 S 56 dagegen sieht das Spiel als etwas h heres das quasi dem Ernst bergeordnet ist Ernst ist Nicht Spiel und nichts anderes Der Bedeutungsinhalt von Spiel dagegen ist etwas Eigenes
174. en technische Systeme auf konzeptueller Ebene im Hinblick auf ihre Funktion und Struktur an schaulich beschrieben werden vgl Abb 1 2 Im n chsten Kapitel werden entsprechende Beispiele aus dem Modellversuch HYSIM dargestellt Die Integration verschiedener Simulationsmodelle Modellbank und Mo dellierungsmethoden Methodenbank in einem Gesamtsystem basiert auf folgenden strukturellen Gesichtspunkten Partial Modelle werden in Hy per Knoten oder Chunks zusammengefa t die untereinander durch Hy perlinks verbunden werden Dieses Konzept schafft eine M glichkeit Ge genstandsbereiche nach thematischen funktionalen strukturellen oder hierarchischen Aspekten aufzugliedern und die so entstehenden Bereiche miteinander zu verbinden Auf diese Weise k nnen semantische Strukturen mit komplexen Querbeziehungen zwischen einzelnen Komplexen aufge baut werden Akzeptiert man die Annahme der kognitiven Plausibilit t von Hypermedien Korrespondenzthese k nnen hierdurch Lernprozesse in besonderer Weise unterst tzt werden In diesem Sinne fungieren hyper mediabasierte Simulationsmodelle als kognitive Werkzeuge Forkel 1995 die die Bildung mentaler Modelle vgl Dutke 1994 unterst tzen Eine Grundidee kognitiver Werkzeuge ist es externe Beschreibungen dieser mentalen Strukturen und Prozesse der mentalen Modelle Anm D M zu benutzen um Probleml sern einen besseren Zugang zum Problem zu er m glichen Die Beschreibung dient als Mittl
175. enden In halte Die Objekte in einem solchen Netzwerk k nnen aus verschiedenen Medien bestehen die interaktiv am Bildschirm verfolgt und dargestellt werden k nnen vgl Kap II 2 Die Abfolge der Dialogschritte wird vom Benutzer gesteuert Er bewegt sich selbst ndig in dem Informationsnetzwerk und legt auch den Umfang und die Anzahl von Erkl rungen und Pr sentationen fest Die starke Ei genverantwortung beim Lernproze mit Hypermedia Systemen birgt dem entsprechend viele Vorteile daneben aber auch Risiken Wie wir in einzelnen Unterrichtsversuchen feststellen konnten treten bei der Benutzung von Hypermedia zwei prinzipielle Probleme auf Das eine besteht darin da Lernende mit zu vielen verschachtelten Informationen konfrontiert werden das andere da Lernende sich in der netzartigen In formationsstruktur des Hyperraumes verlieren Im ersten Fall spricht man von cognitive overload das zweite Problem wird durch den Begriff lost in hyperspace charakterisiert vgl Kap II 2 Die spezifische Organisation von Informationen in Hypermedia Systemen wird nach unseren Beobachtungen von fortgeschrittenen Benutzern als Vorteil von Anf ngern allerdings oft als lernhinderlich wahrgenommmen Diese Problematik die auch in anderen Untersuchungen best tigt wird l t sich durch den Einsatz spezifischer didaktisch gestalteter Systeme und durch begleitende strukturierende Hilfen w hrend des Unterrichts reduzie ren wahrscheinlich abe
176. endungssoftware Object Works SmallTalk f r die Erstellung von Prototypen Die meisten der hier zur Verf gung gestellten Anwendungen sind mit Hilfe des Autorensystems ToolBook unter MS Windows erstellt worden Um entsprechende Beispiele zu nutzen ben tigt man die Laufzeitumgebung von ToolBook bei Bedarf kann diese hier vom Software Pool bezogen werden Steht Ihnen eine Vollversion von ToolBook zur Verf gung k nnen die einzelnen Software Module den eigenen Anspr chen entsprechend modifiziert werden Hinweis Bei den hier zur Verf gung gestellten Lernprogrammen Beispielen und Bausteinen handelt es sich um prototypische Reahsierungen die aus Zeitgr nden nicht immer vollst ndig implementiert bzw perfektioniert werden konnten In manchen F llen ging es uns in erster Linie darum neue Ideen M glichkeiten aber auch Beschr nkungen von Hypermedia exemplarisch zu verdeutlichen SQL _ Til Document Done u 295 Anhang 4 Netscape HYSIM Softwareliste File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HYSIM Home Software Pool E Softwareliste Stand 19 02 97 Hier folgt eine Liste der im Rahmen des Projektes entwickelten Software die ber unseren Server Software Pool des Modellversuches HYSIM bezogen werden kann Bitte Copyright Vermerk beachten Hypermedia Lernsoftware O CNC Simulatoren EduCPU Simulation eines Mikroprozessors Elektropneumatk SPS Elektropneumatk Selbsthalt
177. entdeckenden und explo rierenden Lernens Duffield 1991 Der experimentelle Charakter der Simulation bietet dar ber hinaus den be sonderen Vorteil da der Modellbildungsvorgang hnlich konstruktive Elemente der Erkenntnisgewinnung enthalten kann wie auch der Bau eines Realsystems Das Realsystem wird im allgemeinen aber nur einmal mit der Zielsetzung aufgebaut zu funktionieren Das Modell dagegen kann beliebig oft rekonstruiert werden Hervorstechendes Merkmal der Simulation ist hier ihre ausgepr gte virtuelle und experimentelle Qualit t sowie die ver gleichsweise elegante Verf gbarkeit der Technologie f r den Anwender 1 2 4 Probleml sen Zahlreiche Autoren gehen davon aus da probleml sendes Denken mit Hilfe rechnergest tzter Simulatoren besonders gut gelehrt und gelernt wer den kann weil hiermit Probleml sestrategien simuliert und Ursache Wirkungszusammenh nge transparent gemacht werden k nnen 33 So ist Kummer 1991 in seinen Studien in denen rechnergestiitzte Simu lationen im Politik und Wirtschaftslehreunterricht in der Berufsschule eingesetzt und evaluiert wurden zu dem Ergebnis gekommen da das Probleml severhalten von Lernenden durch rechnergest tzte Simulation im Unterricht gef rdert werden kann S 192ff Der Autor konstatiert da diejenigen Lerngruppen die mit Simulatoren lernen konnten bei Pro bleml sungen erfolgreicher seien als Vergleichsgruppen die ohne Simu latoren lernten Die erf
178. enutzer sich zerstreut auf die Sache einlas sen kann ohne da sich die Technik resp der Rechner zu stark in das Zentrum der Wahrnehmung schiebt 31 transparent ist und deren zweckgerechte Bedienung auch von vornherein gelingt Der sinngem e Umgang mit komplexem Hightech Ger t moti viert den Lernenden durch Integration in eine technische Welt die er sich dienstbar machen kann S 220 1 2 3 Experimentelles Lernen Viele Ans tze und Begr ndungen zum Lernen mit Simulatoren entwickeln sich aus dem experimentierenden Lernen Schulmeister S 356 Da Simu lation per Definition die Abbildung von Aspekten eines dynamischen Sy stems in einem Modell und das anschlie ende Experimentieren mit diesem Modell beinhaltet vgl Bruns 1990 S 157f ist diese Begr ndung nahe liegend Die besondere Bedeutung und didaktische Reichweite des expe rimentierenden Lernens in der beruflichen Bildung ist ausf hrlich unter sucht und gew rdigt worden vgl Eicker 1983 Hass 1979 Rauner 1992 Die Darstellung von Chapanis und Van Cott 1972 verdeutlicht anschau lich die Rolle die die Simulation innerhalb des breiten Spektrums von Ex perimentierumgebungen einnimmt Experimentierumgebungen reichen von der realen Welt ber Feldstudien und den Einsatz von Simulatoren bis zu Laborexperimenten Untersuchungen in der realen Welt und Feldstudien ebenfalls in der realen Welt aber unter kontrollierten Bedingungen wer den am Echtsystem durch
179. er ausforderungen Mannheim Strzebkowski R 1995 Realisierung von Interaktivit t und multimedia len Pr sentationstechniken In Issing L Klimsa 1995 S 269ff 148 Achim Heimbucher Dieter Miiller Eckhard Meier 5 Untersuchungen und Entwicklungen zur visuellen Darstellung Orientierung und Navigation in Hyper strukturen Hypertexte bieten die M glichkeit netzartige Dokumentstrukturen aufzu bauen Informationen werden zu Themengruppen zusammengefa t die untereinander durch Hyperlinks verbunden werden Dieses Konzept schafft eine M glichkeit Inhalte nach thematischen Schwerpunkten zu gliedern und die so entstehenden Themenbereiche untereinander zu verbinden Auf diese Weise k nnen Informationsstrukturen mit komplexen Querbeziehun gen zwischen einzelnen Informationsbl cken aufgebaut werden vgl Kap ID Hypermedia Entwicklungssysteme stellen dabei zun chst nur ein rein technisches Hilfsmittel zur Verf gung unabh ngig von den in der Anwen dung darzustellenden Inhalten Dementsprechend ergeben sich f r die Softwareentwicklung breite Spielr ume und f r die Gestaltung von Benut zungsoberfl chen einer Hypermedia Anwendung unter anderem folgende Probleme e Bei der Gestaltung der Benutzungsoberfl che mu ber cksichtigt werden da der thematische Zusammenhang zwischen Informations einheiten innerhalb einer Hypermedia Anwendung durch eine ent sprechende visuelle Darstellung verdeutlicht wird e In der sym
180. er Stelle in diesem Bericht angesprochen vgl Kap II empirische Befunde zu dieser Problematik finden sich auch in Kap VI und VII 4 1 Interaktives Buch In dieser Studie sollen einige Punkte die fiir das Design eines elektroni schen Buches von Bedeutung sind untersucht werden Die Anwendung demonstriert das Konzept eines interaktiven Lehrbuches auf der Basis ei nes Hypertextes vgl Abb 4 1 Implementiert wurde eine kleine Lernse quenz zum Thema Berechnung der Auflagerkr fte mit Hilfe des Hebelge setzes Wie mit einem gew hnlichen Lehrbuch kann man mit diesem elektronischen Buch vieles machen was mit einem normalem Lehrbuch 143 selbstverst ndlich ist wie z B das Buch aufschlagen im Inhaltsverzeich nis suchen zu einer bestimmten Seite bl ttern darin lesen usw So gesehen ist der handelnde Umgang mit diesem virtuellen Buch auch eine Form von Interaktion wenn auch in einer reduzierten Weise Die zentrale Untersu chungsfrage bestand nun aber darin explorativ zu erkunden worin die neue Qualit t dieser Anwendung gegen ber einem gew hnlichem Lehr buch besteht vgl Riehm Wingert 1995 S 189 Neben m glichen Such Analyse und Verarbeitungsfunktionen die ein hypertextbasiertes Buch bietet interessierten uns deshalb insbesondere auch die Implementation zus tzlicher Interaktionsm glichkeiten z B Variation verschiedener Pa rameter wie Kr fte und Hebelarml ngen mit Hilfe der Maus bzw der Ta statur sowie
181. er eine sog Auto renkomponente das Potential kooperative Lernformen zu unterst t zen S 131 Dix et al 1993 diskutieren verschiedene Konzepte netz basierter Groupware und kommen zu der Einsch tzung da Hypertext basierte Kommunikationen unter bestimmten Voraussetzungen geeigneter seien als lineare textbasierte Kommunikation 13 S 583 Als Gr nde hierf r werden u a die M glichkeiten der Repr sentation paralleler Kon versation in Hypertexten genannt Die Autoren beziehen sich hier aller dings auf verteilte netzbasierte Hypertext Systeme und nicht auf Einzel platzsysteme Festzustellen ist Forschungen zum Problembereich des rechnergest tzten kooperativen Lernens sind noch relativ selten vgl Literaturhinweise in Hesse Garsoffsy Hron 1995 Spezielle Aussagen zur Kooperationsf r derlichen Wirkung hypermediabasierter Systeme im Kontext beruflicher 13 Textbasierte Kommunikation meint hier rechnergest tzte asynchrone Kommunikati on wie etwa mit Email Systemen oder elektronischen Konferenzen vgl Dix et al 1993 S 552f 72 Lernprozesse noch seltener Prinzipielle Aspekte hierzu lassen sich u a aus der sogenannten CSCW Forschung Computer Supported Cooperative Work herleiten In der CSCW Forschung werden arbeitsorganisatorische soziale und technische Aspekte der rechnergestiitzten Arbeit in Gruppen untersucht vgl Winograd Flores 1986 Allerdings ist mit hoher Wahr scheinlichkeit davon auszugehen d
182. er leisten kann ist die Erm glichung konkreter Erfah rung zwar nicht am realen Objekt selbst da die direkte Konfrontation mit dem Orignal aus vielerlei Gr nden Unfallgefahr individuelle Verf gbar keit Bereitstellungsaufwand Kosten nicht stattfinden kann sondern mit seinem modellhaften Ersatz vgl Roy 1995 Hier kann der Lernende frei von wirtschaftlichem Druck bzw ngsten aus Fehlern lernen und situati onsangemessen berlegt agieren Kusch 1992 S 88 1 3 Das Verh ltnis von Spiel und Ernst beim Lernen mit Simulatoren Viele ihrer Erfahrungen sammeln Menschen im Zuge eines spielerischen Umgangs mit modellartigen Abbildungen von Dingen aus ihrer Umwelt Nicht ohne Grund erfreut sich simulations hnliches Spielzeug wie Mo delleisenbahnen Auto und Flugzeugmodelle Puppenstuben Modellbau k sten usw bei vielen Kindern aber auch Erwachsenen einer so gro en Beliebtheit Entsprechend l t sich auch die Faszination die rechnerge st tzte Spiel und Mikrowelten und simulations hnliche Computerspiele auf viele aus ben erkl ren In diesem Sinne sind auch Lernsimulatoren Vermittler spielerischer Lernformen Dieterich 1994 S 212 auch wenn dies in der Regel nicht intendiert ist Dieterich 1994 S 212 macht in diesem Zusammenhang auf die anthro pologisch fundamentale Natur des spielerischen Umgangs mit Simulation aufmerksam Er bezieht sich auf Moore Anderson 1976 die in ihrer spiel soziologischen St
183. er zwischen einem Probleml ser und seinem Problem indem sie eine externe Behandlung des Problems 3 Zu den Begriffen Struktur und Funktion von Systemen vgl Ropohl 1979 S 54ff 4 Der Begriff des Chunk wird verwendet um eine Einheit innerhalb einer Hyperstruktur zu bezeichnen Auf der einen Ebene verbindet ein Chunk eine gewisse Zahl primitiverer Einheiten Auf einer anderen Ebene ist es selbst die Basiseinheit einer gr eren Struk tur 5 Zur Korrespondenzthese von Hyperstrukturen vgl die Ausf hrungen in Kap II 2 88 erm glicht die den unterstellten internen kognitiven Abl ufen hnlich ist Forkel 1995 S 122 Durch die M glichkeit Modelle auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen und mit Hilfe verschiedenen Methoden modellieren zu k nnen werden unterschiedliche Sichten und Perspektiven auf das Originalsystem ber ck sichtigt Dies unterst tzt einen erfahrungsorientierten und intuitiven Um gang mit dem Lerngegenstand Folgende bersicht vgl Tabelle 1 1 zeigt m gliche Handlungsobjekte Lernaktivit ten und Software Werkzeuge innerhalb einer Mehrebenensimulation Ebenen objekte Gesamt system 1 Technik Maschinen Anlagen 2 Anlagen Maschinen Baugruppen Komponenten Elemente Bauelemente 4 Einzelteile Prinzipien Naturwissen 5 Ph nomene Wirkprinzipien Handlungs Lernaktivit ten im Bezugsfeld Analyse Bewertung Gestal Mensch Arbeit tung von Produktionspro
184. erden k nnen mit dem Startprogramm start tbk die einzelnen Beispiele leicht aufgerufen werden Hardwareumgebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung Fj Document Done a 4 324 Anhang 4 Netscape HYSIM bungen 3 File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help H SIM Home Softwareliste r Programmname bungen 3 Dynamischer Datenaustausch Autor Ea Schmudlach Uni Bremen Programmversion 1 Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 30 KB gepackt zip Datei Die gepackte Datei enth lt drei einzelne Dateien Kurzbeschreibung Dieses bungsbeispiel besteht aus den Programmen DDE Grouper und Objekt Finder Bei dem Beispiel DDE Grouper handelt es sich um eine Demonstration der Programmsteuerung unter Microsoft Windows mt DDE Dynamic Data Exchange Es werden dem Programm Manager Befehle gesendet Ikonen f r Dateien einzurichten Das Programmbeispiel Objekt Finder demonstriert eine Interaktion zwischen Asymetrix Toolbook Openscript und der Microsoft Wordbasic Skriptsprache Die Kommunikation zwischen Toolbook und Winword findet ebenfalls mit Hilfe des DDE Dynamic Data Exchange statt Nach der Eingabe einer Toolbook Applikation und eines existierenden Winword Dokuments werden s mtliche Skripte der Toolbook Applikation in das Winword Dokument bertragen und formatiert Anwendungsgebiete Toolbook Programmieru
185. eren Dabei ist der Script Recorder h ufig eine sehr gro e Hilfe Mit ihm lassen sich die Programm befehle aufzeichnen w hrend man Objekte von Hand manipuliert Sp ter kann man diese Manipulationen dann mit einem Mausklick automatisch ablaufen lassen um einen Animationseffekt zu erreichen Bei gr eren Projekten ist ein streng modularer Aufbau und ein Drehbuch unabding bar Sehr schwierig ist es solch ein Programm neben der allt glichen Arbeit zu schreiben Entscheidende Probleme konnte ich eigentlich nur an Wochen enden und in den Ferien l sen Ich werde am Programm jedoch weiter ar beiten weil es sehr interessant ist die eigenen didaktischen und methodi schen Erfahrungen auf diese Weise festzuhalten Wenn jeder Lehrer den Bereich der ihm am meisten Spa macht in kleinen Hypermedia Modulen darstellen w rde entst nde lawinenartig eine sehr interessante Sammlung die z B ber das Internet jedem zug nglich gemacht werden k nnte 197 3 3 konomische Aspekte Langfristig l t sich durch hypermediabasierte Simulationsprogramme das Budget der Schule entlasten da weniger Realsysteme Wegeventile Zylin der usw beschafft werden m ssen Wegen der fehlenden Praxisn he ist ein vollst ndiger Ersatz in der Berufsschule nat rlich nicht empfehlens wert Sparen kann man auch bei den Mitteln f r die Ersatzbeschaffung denn durch intensives ben am Simulator wird die Gefahr einer Fehlbe dienung kleiner Bei uns ko
186. eren auf einer einheitlichen inhaltlichen Struk tur damit Au enstehende einen schnellen Eindruck ber die unterschiedli chen Softwaremodule erlangen k nnen vgl Abb 1 3 Wichtige Erfah rungen und erw hnenswerte Probleme die wir bei der Hypermedia Anwendungsentwicklung gesammelt haben verdienen eine genauere Be trachtung und sind als Orientierungshilfe f r zuk nftige Vorhaben im Be reich der Entwicklung hypermedialer Lernumgebungen von zentraler Be deutung Eine Darstellung der Erfahrungen und der daraus abgeleiteten Erkenntnisse befindet sich im Kap VII 6 Zusammenfassung und Darstellung der Ergebnisse Die Dokumentation der entwickelten bzw eingesetzten Lernsoftware sowie die fixierten Erfah rungen aus dem unterrichtlichen Einsatz der einzelnen Anwendungen dien ten als Basis f r eine zusammenfassende Darstellung und Bewertung der Ergebnisse im Modellversuch vgl Kap VID Die Auswertung der Ergeb nisse erfolgte auf der Grundlage eines Bewertungsrahmens Dieser Rah men enth lt verschiedene qualitiative Kriterien die insgesamt den drei zu Anfang dieses Kapitels genannten Problemfeldern zugeordnet werden k nnen 112 1 Programmbeschreibung 1 1 Lerninhalt Anwendungsbereich 1 2 Zielgruppe Schwierigkeitsgrad Vorkenntnisse 1 3 Didaktische Uberlegungen 1 3 1 Welche Lernformen unterst tzt dieses Hypermediasystem besonders 1 3 1 1 Entdeckendes Lernen 1 3 1 2 Individualisierung Zeit Ort Reihenfolgen 1
187. erf llen diese Anforderungen nur sehr eingeschrankt e Zun chst sind diese Systeme nicht plattformunabh ngig eine Portie rung auf ein anderes System ist deshalb immer mit viel Aufwand ver bunden e Auch innerhalb einer Systemplattform haben wir Portibilit tsproble me insbesondere bez glich unterschiedlicher Rechnerperipherie Bildschirm Drucker festgestellt Eine weitergehende Portabilit t bieten nur wenige Systeme Zu nennen w re hier wiederum die Programmiersprache JAVA in Verbindung mit HTML die inzwischen eine allgemeine Akzeptanz erfahren hat und prak tisch auf allen Plattformen verf gbar ist Entwicklungsaufwand Es hat sich gezeigt da der Aufwand der mit der Entwicklung von Lernsoftware verbunden ist gr er war als erwartet Die Eigenentwick lung von Software so wie wir sie urspr nglich konzipiert hatten ist dem entsprechend nicht neben der regul ren p dagogischen Arbeit der Lehrer zu leisten Auch wenn die betreffende Kollegin bzw der Kollege entspre chend qualifiziert ist sind die Einarbeitungszeit und der Entwicklungsauf wand doch nicht zu untersch tzen Diese Einsch tzung wird im Wesentli chen von allen Mitarbeitern des Projektes geteilt Die Frage ob hypermediale Lernumgebungen vom Lehrpersonal in Ei genentwicklung in einem vertretbaren zeitlichen Rahmen erstellt werden k nnen h ngt nach unseren Erfahrungen von mehreren Bedingungen ab 1 Einschr nkende Randbedingungen Es ist darauf
188. erg Meyer B 1990 Objektorientierte Softwareentwicklung M nchen 141 Dieter Miiller Eckhard Meier Achim Heimbucher 4 Untersuchungen zur Interaktion Die im folgenden beschriebenen Software Prototypen sind im Anschlu an die zuvor dargestellten Studien zur Implementierung von Simulationen entstanden Untersucht wurden auch hier technische Realisierungsm g lichkeiten Allerdings nicht unter dem Gesichtspunkt der Handhabbarkeit der eingesetzten Entwicklungssysteme bez glich der Implementierung von Simulatoren Vielmehr wurden verschiedene M glichkeiten bez glich der Implementierung von interaktiven Dialogschnittstellen erforscht Das Ausma und die Qualit t der in einer Lernsoftware implementierten Interaktionsoptionen sind zentrale didaktische G tekriterien denn die Interaktivit t eines Systems legt prinzipiell fest welche Eingriffs und Steuerm glichkeiten sich f r den Lernenden er ffnen Interaktivit t l t sich lernpsychologisch gesehen in einem Bereich von totaler Kontrolle des Lernprozesses durch das Rechnersystem bis relativer Offenheit des Lern prozesses Kontrolle des Systems durch den Lernenden einordnen Das Ausma der Beschr nkungen von Interaktionsm glichkeiten h ngt we sentlich von der Gestaltung der Ablaufsteuerung und der Dialoggestaltung ab Die lernpsychologische Dimension der Interaktion im Zusammenhang mit hypermediagest tzten Simulationssystemen wird hier nicht analysiert sie wird an ander
189. ernens mit rechnergest tzten Simulatoren dargestellt Er r tert werden aktuelle Forschungsergebnisse unter Ber cksichtigung lern psycholologischer und modelltheoretischer Aspekte Diskutiert werden auch konomische Gesichtspunkte die f r den Einsatz von Simulatoren sprechen Des weiteren wird die Problematik des Lerntransfers angespro chen dabei werden Konzepte zur Beurteilung der Transferwirksamkeit des Simulationslernens problematisiert Zum Schlu dieses Teiles werden die Defizite und Begrenzungen von Simulationssystemen dargestellt Die Grundidee des Modellversuches HYSIM Simulatoren in hypermediale Lernumgebungen zu integrieren um deren didaktische Wirksamkeit zu verbessern wird formuliert Im zweiten Teil folgt zun chst ein berblick ber Hypermedia als eine neue Basistechnologie zur Entwicklung von modularen und leicht erwei terbaren Simulations Werkzeugen Nach einem kurzen historischen R ckblick folgen einige Begriffskl rungen zu den Bedeutungen von Hy pertext und Hypermedien sowie die Kl rung des Unterschieds zwischen Hypermedia und Multimedia Im Anschlu daran werden Theorien zur Lernwirksamkeit von Hypermedien dargestellt Dazu geh ren die Bedeu tung von Texten Bildern Animationen innerhalb von Hypermedien und die Bedeutung und Wirkung von Interaktion Der darauf folgende Abschnitt ist der n heren Betrachtung hypermediaba sierter Simulation gewidmet In diesem Teil sollen konzeptionelle berle gungen zur
190. erte und netzwerkartig verkn pfte Hypermedia Dokumente Ein unstrukturiertes Hypermedia Dokument besteht aus einer losen An sammlung von Knoten Hypertext links zwischen diesen Knoten bilden Querbeziehungen Die Information die in einem Knoten enthalten ist ist in sich abgeschlossen Unstrukturierte Hypermedien bestehen ausschlie lich aus referenzielle Verkn pfungen ohne da ein darin enthaltendes z B semantisches Organisationsprinzip deutlich wird 5 Referenzielle Verkn pfungen sind Verkn pfungen die ausschlie lich auf formalen syntaktischen bzw assoziativen Prinzipien gr nden ohne da die zwischen den Infor 60 Bei einem sequentiellen Dokument ist die Verkniipfung zwischen den ein zelnen Informationknoten linear dementsprechend kann die im Dokument enthaltene Information nur sequentiell vom Anfang bis zum Ende durch gelesen werden Lineare Hypermedia Strukturen eignen sich zur Festle gung einer Abfolge von Informationsknoten im Sinne sogenannter gefiihr ter Unterweisungen engl guided tours Sie sind geeignet Benutzer in neue Sachverhalte einzuf hren oder ihnen vorab strukturierte Informatio nen zu vermitteln Bei Hypermedia Dokumenten der ersten beiden Kategorien wird die Hy permedia Funktion f r die Strukturierung des Dokumentes nur am Rande ben tigt In erster Linie werden hier die multimedialen M glichkeiten von Hypermedia genutzt um Dokumente entsprechend pr sentieren zu k nnen Deutlicher werde
191. erwiegend mit der Zielsetzung der Programmierung und grafischen Visualisierung der geometrisch kinetischen Abl ufe entwickelt wurden und sich im wesentlichen auf diese 48 Aspekte beschr nken S 157 Meist handelt es sich um Systeme die einen bestimmten Proze beispielsweise Robotik auf einer bestimmten Ab straktionsebene z B Programmierung und Kinematik abbilden Eine Verbindung mit und Durchg ngigkeit zu anderen Prozessen Drehen Fr sen usw oder die Wahl verschiedener Abstraktionsebenen und Perspekti ven wie der experimentelle Umgang mit Grundgesetzen der Mechanik oder des Zerspanungsprozesses ist mit ihnen nicht m glich Die M glich keiten mehrperspektivischer Simulationen bestimmter Gegenstandsberei che auf verschiedenen Abstraktionsebenen ist bei den verf gbaren Syste men praktisch nicht vorhanden Die Einbeziehung weitergehender Simulationskonzepte wie z B die Proze kopplung zwischen Simulati onsmodellen und Realsystemen die interessante didaktische Perspektiven versprechen wurde auch nur in Einzelf llen realisiert vgl Bruns 1983 B ck M ller 1990 Ein entsprechend konzipiertes Simulationssystem auf der Basis moderner hypermedialer Softwarekonzepte k nnte aber die meisten dieser genannten Aspekte wirkungsvoll vermitteln Ideal w re ein Simulator der eine ab stufbare Informationsmenge mit wechselnden Akzentuierungen jeweils lernwichtiger Inhalte f r unterschiedliche Lernstadien anbieten k nnte
192. eschaltungen Interaktives Buch Serielle Schnittstelle SPS Slm Einf in SPS Vakuumpumpe Zahnrad K onstruktion Animationen O Montage einer Zahnradpumpe O Fl ssiekeitsstr mungen in einer Zahnradpumpe O Visualisierung emer Evolventenverzahnung O Dynamisches Verhalten einer Kurbelschleife Unterrichtsprojekte O Virtueller Funktionsgenerator uoch nicht verf gbar Ideen Bausteine f r eigene Entwicklungen O Sprechblasen Hilfe O Senelle Kommunikation unter ToolBook Software Beispiele aus Lehrerfortbildungen O bungen 1 Einf hrung in die Script Programmierung O bungen 2 Benutzung und Programmierung von DLLs O bungen 3 Dynamischer Datenaustausch O bungen 4 MCI Programmierung Hilfsorosramme Runtime Tmsehunsen Treiber usw i Bi 2 38 Document Done a 4 296 Anhang 4 Netscape HYSIM Softwareliste File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help O Ubungen 4 MCI Programmierung Hilfsprogramme Runtime Umgebungen Treiber usw O ToolBook 1 5 Runtime Umgebung O Player bzw Windows Treiber f r FLC Dateien Einige Saoftwareprajekte sind noch nicht abgeschlossen die entstehenden Lernprogramme k nnen deshalb noch nicht zur Verf gung gestellt werden siehe entspr Hinweis Anwendungen vom Server laden empfohlenes Vorgehen 1 Zun chst ein neues Verzeichnis anlegen 2 Datei zum Datentransfer anfordern indem auf den entsprechenden Verweis geklickt wird 3 Datei vom
193. et um Benutzungsoberfl chen zu entwik kelnder Systeme vorab und kurzfristig zu realisieren Dabei k nnen im praktischen Umgang mit diesem Prototypen Erkenntnisse ber die zweck m ige Auslegung der Benutzungsoberfl che gefunden und Fehlentwick lungen reduziert werden Durch Prototyping kann das Gestalten der Benut zungsoberfl che und deren Realisierung durch Programmieren weitgehend 123 entkoppelt werden Je nach Einsatzbereich lassen sich sog Analyseproto typen von Designprototypen unterscheiden vgl ausf hrlich Floyd 1984 Analyseprototypen dienen der Beantwortung von Fragestellungen in kom plexeren Anwendungen Sie sind in der Regel nicht f r die Endbenutzer konzipiert und dienen dazu einzelne Aspekte w hrend der Systemgestal tung zu fokussieren um sie als Diskussionsgrundlage f r Systementwick ler zu verwenden Dementsprechend sind Analyseprototypen geeignet um folgende Frage zu kl ren Welche Anforderungen stellen sich in dem spe zifischen Anwendungsfall und wie lassen sich diese softwaretechnisch modellieren Wo liegen Grenzen der Realisierbarkeit unter Ber cksichti gung vorhandener personeller zeitlicher und finanzieller Ressourcen Designprototypen sind f r die Evaluation durch die Endbenutzer gedacht Sie stellen insofern eine n chste Stufe im Vergleich zu Analyseprototypen dar Designprototypen dienen dazu bereits in einem fr hen Stadium der Software Entwicklung auch Nicht Experten eine Vorstellung von
194. etation von Materialien und Daten In der anglo amerikanischen Literatur aus der der Evaluationsbegriff in die internatio nale erziehungswissenschaftliche Diskussion gelangt ist wird eine zentrale Rolle der Evaluation darin gesehen Informationen zu gewinnen die zur Begr ndung von bildungsbezogenen Entscheidungen dienen k nnen Evaluation beinhaltet im wesentlichen eine systematische Interpretation der gesammelten Daten wobei davon ausgegangen wird da diese Daten l Es handelt sich hier um den BLK Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der beruflichen Bildung F rderkennzeichen K 0818 00 99 als Indikatoren f r den Erfolg oder Mi erfolg eines p dagogischen Vorha bens angesehen werden k nnen Der Evaluationsproze soll es dar ber hinaus zugleich erm glichen ein Werturteil ber die Ziele eines Vorha bens selbst zu f llen mit der Intention die p dagogische Praxis zu verbes sern Bezogen auf die Praxis schulischer Modellversuche dient eine Eva luation grunds tzlich drei Zwecken vgl Fischer Lehrl 1989 e einer rational begr ndeten Planung und Weiterentwicklung eines Projektes damit verbunden sind bewu te Lernprozesse f r die betei ligten Handlungstr ger Lehrer Sch ler wissenschaftliche Beglei tung e der Au endarstellung gegen ber einer interessierten ffentlichkeit e dem Transfer der gewonnen Ergebnisse und Erkenntnisse an Kolle ginnen und Kollegen in anderen Schulen und in der Wissenschaf
195. ewon nenen Ergebnisse geb ndelt aufbereitet und publiziert werden k nnen Inhalte Zeit 1 Ergebnisse der bisherigen Modellversuchsarbeit 2 2 Erfahrungen aus weiteren Schulprojekten 3 3 Erfahrungen und Probleme bei der Entwicklung hypermedialer 3 Lernsoftware Aspekte der Simulation aus Sicht der Informatik Aufbereitung der Projektergebnisse auf der Basis von HTML Dokumenten Entwicklung eines Konzeptes zur Lehrerfortbildung Planung der weiteren Modellversuchsarbeit Abschlu diskussion Tabelle 6 II Blockseminar Blockseminar Zusammenfassung der Projektarbeit Im dritten Blockseminar wurden Studien zur p dagogischen Wirksamkeit von Lernsoftware vorgestellt und vor dem Hintergrund der eigenen Erfah rungen reflektiert Dar ber hinaus diente dieses Seminar dazu die schrift 178 lich fixierten Erfahrungen zu strukturieren und fiir eine zusammenfassende Evaluation aufzuarbeiten Dies erfolgte auf der Grundlage eines Bewer tungsrasters vgl Kap II Weiterhin wurde die organisatorische und in haltliche Planung eines Abschlu workshops vorbereitet Inhalte Zeit Studien zur p dagogischen Wirksamkeit von Lernsoftware Diskussion der Erfahrungen aus einzelnen Projektarbeiten Zusammenfassung der Ergebnisse Softwareentwicklung Zusammenfassung der Ergebnisse Unterrichtseinheiten Perspektiven hypermediagest tzter Simulationssysteme Or oO n
196. f Lern und Simulationssoftware SPS gesteuerte Pneumatik Selbsthalte schaltungen in der Elektropneumatik In zwei weiteren Projekten vgl Gathmann S 193ff und Sch fer S Fehler Textmarke nicht definiert ff geht es um hypermediabasierte 184 Lernsysteme die als Erg nzungen des Unterrichts in der Steuerungstech nik entwickelt wurden Wesentlicher Ansatz hierbei ist es durch geeignete Lernsoftware die Installation realer SPS bzw Pneumatiksysteme vorzube reiten bzw zu begleiten Insbesondere konnte nachgewiesen werden da durch den Einsatz geeigneter Simulatoren Fehlbedienungen am Realsystem reduziert und damit Kosten gesenkt werden k nnen Die Autoren betonen da die von ihnen entwickelte Software im Unterricht eine Erg nzungs funktion erf llt und von vornherein kein Ersatz der Realsysteme geplant war und nach wie vor der handlungsorientierte Schaltungsaufbau im Zen trum des Unterrichts steht Dar ber hinaus kann bei einem Programm Modul das Simulationsmodell mit dem realen Proze gekoppelt werden so da in diesem Fall die Simulation die verborgenen Abl ufe visualisiert und das Realsystem synchron dazu das konkrete Geschehen repr sentiert Hypermediagest tzte Software zur Simulation eines Mikroprozessors Bei der hypermediagest tzten Simulation eines Mikroprozessors vgl B ck S 215ff basiert die didaktische Konzeption auf der Modellierung einer virtuellen Modell CPU die unter didaktischen Gesichtspunkten
197. ftliche Materialien und andere Medien zu erg nzen 250 1 3 Handlungsintensivierung und selbstgesteuertes Lernen Die M glichkeit des vom Sch ler selbstgesteuerten Lernens wird immer wieder als Vorteil rechnergest tzten Lernens betont Dieses wohl eher in tuitive Argument f r den Einsatz rechnergest tzter Lernumgebungen konnte in bisherigen Untersuchungen nicht g nzlich best tigt werden Wir haben versucht diesen Aspekt genauer zu untersuchen und kamen dabei allerdings zu nicht eindeutigen Ergebnissen Erprobt wurden verschiedene Formen des Handlungslernens mit hoher Sch lerselbstt tigkeit Die Resonanz der im Modellversuch t tigen Lehr kr fte war insgesamt positiv Als p dagogisch problematisch erwiesen sich aber die festzustellenden unterschiedlichen Lernfortschritte bei schwachen gegen ber leistungsstarken Sch lern vgl dazu die Ausf hrungen unten Tendenziell konnten die Lehrer eine Steigerung der Sch leraktivit ten und mit Einschr nkungen auch eine Verbesserung der Sch lerselbstt tigkeit beobachten Ein wesentlicher Faktor ist vermutlich da Simulatoren gene rell spielerisches Experimentieren und Probehandeln f rdern Die M g lichkeit von angstfreiem Probehandeln durch die Simulation von Fehlern ist dabei p dagogisch besonders bedeutsam Einige Lehrer beklagten allerdings auch den Verlust ihrer didaktischen Regie im Unterricht Ein auf ein vorgeplantes Lernziel ausgerichtetes Ler nen erwies sich insbeso
198. g Bemerkungen Dieses Programm kann in Fortbildungsveranstaltungen oder f r Eigenentwicklungen benutzt werden Eine ausf hrliche Beschreibung der DLL Programmierschnittstelle befindet sich im Programm Hardwareumgebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows Es wird ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung ben tigt Die beigelegte DLL sollte sich im Verzeichnis der Anwendung befinden D M ller 1 12 1995 HYSDM Home Softwareliste HESIM Tja Document Done Ma Z 322 Anhang 4 Netscape HYSIM Uebungen 1 OF x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help H SIM Home Softwareliste Programmname bungen 1 Einf hrung in die Script Programmierung von Hypermedia Anwendungen Autor Dieter M ller Uni Bremen Programmversion Vers 1 Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 20 KB gepackt zip Datei Kurzbeschreibung Dies ist eine Sammlung von einfachen Hypertext Anwendungen implementiert in ToolBook 1 5 die als bungsbeispiele in Fortbildungsveranstaltungen verwendet wurden Multiple Choice Animation Bewegung eines graf Objektes x y Tabelle Animation Bewegung eines graf Objektes versteckte Tabelle Einfache Animation OpenScnpt Nachricht an ToolBook senden Animation Grafisches Objekt entlang eines Pfade bewegen Verkn pfung von einzelnen Programmen Anwendungsgebiete Fortbildungsmatenalien zum Einstieg
199. g Bush V 1945 As we may think In Atlantic Monthly 176 July 1945 S 101 108 Cohen E G 1994 Restructuring the classroom Conditions for produc tive small groups Review of Educational Research 64 1 1 35 75 Conklin J 1987 Hypertext An introduction and a survey IEEE Com puter 20 9 pp 17 41 Dix A Finlay J Abowd G Beale R 1993 Mensch Maschine Me thodik Miinchen Duffy T M Knuth R A 1990 Hypermedia and Instruction Where is the Match In Jonassen D H Mandl H eds Designing Hyperme dia for Learning NATO ASI Series Series F Computer and Systems Sciences 67 Berlin Heidelberg pp199 225 Engelbart D 1963 A conceptual framework for the augmentation of man s intellect In P Howerton Ed Vistas in information handling pp 1 29 Spartan Books 1963 Euler D Twardy M 1995 Multimediales Lernen In Arnold R Lipsmeier A Hrsg 1995 S 356 Forkel M 1995 Kognitive Werkzeuge ein Ansatz zur Unterstiitzung des Probleml sens M nchen Wien 1995 Zugl Diss TU Berlin 1994 Freibichler H 1990 Ist klassisches programmgesteuertes CBT out In Dokumentation Lernsystem Analytiker Kongress Wiesbaden S 97 103 Geffert R 1996 Multimediale Lernarrangements fiir berufliche Schulen In Zimmer G Holz H Hrsg 1996 S 175 ff Gloor P A 1990 Hypermedia Anwendungsentwicklung Stuttgart Gloor P A Streitz N A 1990
200. g des Benutzers zu unterst tzen ohne dabei aufdringlich zu wirken Die visuelle Darstellung mu sich auf das Wesentliche beschr nken und die Information in den Mittelpunkt stellen Nicht alles was spektakul r und technisch realisierbar ist sollte imple mentiert werden 5 4 Literatur Bruns F W Heimbucher A M ller D 1993 Ans tze einer erfah rungsorientierten Gestaltung von Rechnersystemen f r die Produkti on Universit t Bremen artec Arbeitspapier 21 Gloor P A Hypermedia Anwendungsentwicklung Stuttgart 1990 Jonassen D H 1989 Hypertext Hypermedia Buch mit Diskette Engle wood Cliffs M J Educational Technology Riehm U Wingert B 1995 Multimedia Mythen Chancen und Her ausforderungen Mannheim Summit P Summit S 1996 Creating Cool 3D Web Worlds with VRML IDG Books 155 Achim Heimbuche Eckhard Meier Dieter Miiller 6 Untersuchungen zur Visualisierung dynamischer Prozesse mit Mitteln der Animation und Videoein bindung Die Bedeutung bildhaft anschaulicher Informationen f r den Lernproze wurde bereits angesprochen und aus lernpsychologischer Sicht kommen tiert vgl Kap ID In diesem Abschnitt sollen verschiedene prototypische Studien vorgestellt werden in denen wir haupts chlich die technischen M glichkeiten zur Visualisierung von dynamischen Prozessen mit Mitteln der Animationen erforscht haben Insbesondere interessierte uns die Frage welche Problematiken bei de
201. g didaktischer Simulationsanwendungen Untersu chung der Integrationsm glichkeiten verschiedener Simulations Module in komplexere Hypertext Lernumgebungen 2 M glichkeiten und Grenzen der Implementierung komplexer Proze simulationen mit Techniken der objektorientierten Software Entwicklung und Parallelprogrammierung sowie Untersuchung der Einbindung dieser Module in hypermediale Lernumgebungen 3 Evaluation verschiedener Ans tze zur visuellen Darstellung und Ori entierung in Hyperstrukturen und dreidimensionalen virtuellen R u men 4 Untersuchungen zur Visualisierung von dynamischen Prozessen mit Mitteln der Animation und Videoeinbindung 5 Untersuchungen zur Interaktion 6 Prototypische Realisierung eines Mehrebenensimulators 126 1 3 M glichkeiten und Grenzen des Prototyping Im Rahmen des Modellversuchs HYSIM waren die im folgenden be schriebenen Studien zur Realisierung von hypermediabasierten Simulato ren und zur Usibility Forschung ein wesentlicher Bestandteil unseres for schungsmethodischen Konzeptes vgl Kap I Hierdurch gelang es schon in den fr hen Phasen des Modellversuches die Reichweite unterschiedli cher Konzepte abzusch tzen Dar ber hinaus erwies es sich als sinnvoll Prototypen einzusetzen um die Verst ndigung zwischen den Beteiligten Wissenschaftler und P dagogen zu verbessern Carroll 1991 betont die Notwendigkeit Forschungen im Bereich der Mensch Maschine Kommunikation in ihrer
202. gef hrt Dagegen werden bei Simulations und Laborexperimenten Nachbildungen des gesamten technischen Systems h ufiger jedoch nur an ausgew hlten Teilen und Untersystemen oder von mehr oder weniger stark vereinfachten Teilaspekten eingesetzt Wie die Abbildung zeigt nimmt der Echtheitsgrad der Experimentierbedingungen von den Beobachtungen in der realen Welt ber Feldstudien und Simula tionen zu den Laborexperimenten ab wohingegen die Leichtigkeit und Flexibilit t der experimentellen Durchf hrung in der gleichen Richtung zunimmt Der Wert von Simulationsexperimenten liegt dementsprechend darin da die zu untersuchenden Variablen relativ leicht und genau ver n derbar bzw kontrollierbar sind 32 Beobachtungen u Messungen in der realen Welt Feldstudien gt lt __ Simulationen Modelle und Spiele lt _ Laborexperimente lt Mathem Modelle Hoch Echtheitsgrad der Experimentierbedingungen _ Niedrig Hoch Niedrig Leichtigkeit und Flexibilit t der experimentellen Durchf hrung Abb 1 2 Spektrum von Experimentierumgebungen nach Chapanis Van Cott 1972 Unter lernpsycholologischen Aspekten betrachtet beinhaltet das Generie ren und Testen von Hypothesen innerhalb von Simulationen besondere lernf rderliche Momente Insbesondere der Wechsel von Hypothesengene rierung und Hypothesentesten enth lt Elemente
203. gen untersucht Designprototypen dienten als Basis um grundlegende Gestaltungskonzepte innerhalb der Projektgruppe zu diskutieren Auf diese Weise haben wir z B Alternativen zur visuellen Darstellung und Orientierung in dreidimensionalen virtuellen R umen und zur Interaktion analysiert Dar ber hinaus wurden Designprototypen im 125 Rahmen von Lehrerfortbildungen eingesetzt um den beteiligten Lehrkr f ten neuartige Konzepte zu demonstrieren Im Sinne eines explorativen Vorgehens wurde zu Anfang einer Prototy penentwicklung nicht streng festgelegt wie weit die zu entwickelnden Produkte ausprogrammiert werden sollten Insgesamt wurden im Zusam menhang mit den durchgef hrten Studien kaum formalisierte Entwick lungs Strategien im Sinne bestimmter Vorgehensmodelle vgl z B Sch nthaler Nemeth 1992 eingesetzt Unter der Ber cksichtigung der im Modellversuch HYSIM zu l senden neuartigen Fragestellungen w re un seres Erachtens ein streng an Software Engineering Konzepte orientiertes formales Vorgehen dem Projekt eher abtr glich gewesen insbesondere auch deshalb weil nach unserer Auffassung die Entwicklung neuartiger didaktischer Softwarekonzepte im wesentlichen ein kreativer Proze ist der sich nur bedingt operationalisieren l t Die hier beschrieben prototypischen Bausteine und Ans tze dienten zur Erforschung folgender Problemstellungen 1 M glichkeiten und Grenzen von Hypermedia Entwicklungssystemen f r die Entwicklun
204. grenzt sein Diese beiden Punkte machen deutlich da eine wirtschaftlich vertretbare Kosten Nutzen Relation f r eine derartige Lernsoftware nur unter bestimmten Voraussetzungen zu erreichen ist Wichtig ist es da Lernsoftware die in Modellversuchen entsteht berre gional angeboten und genutzt wird Mit dem Internet steht inzwischen ein sehr effektives Kommunikationsmedium zur Verf gung mit dem dies er leichtert wird Es ist deshalb vorstellbar und sinnvoll kleinere Anwendun gen die mit einem vertretbaren Zeitaufwand erstellt werden k nnen zu entwickeln und ber das Internet interessierten Bildungseinrichtungen zur Verf gung zu stellen Insbesondere eignen sich dazu diejenigen Lernin halte die nur sehr unzureichend mit anderen Medien Lehrb cher Realsy steme usw vermittelt werden k nnen und jeweils eng umgrenzte Bereiche abdecken wie z B die Funktionsprinzipien von Logikbausteinen UND ODER Verkn pfungen in der Digitaltechnik 2 4 Schlu folgerungen Von den Sch lerinnen und Sch lern wurde die Form in der sie die Lernsoftware im Unterricht nutzen konnten insgesamt als sehr positiv an gesehen Zwar gab es bei einigen trotz anf nglicher Euphorie nach einer gewissen Zeit Erm dungserscheinungen d h es kam der Wunsch auf die Inhalte lieber im Lehrer Sch ler Gespr ch im festen Klassenverbund wei ter zu bearbeiten Der Grund hierf r wird aber wohl eher darin zu sehen sein da die in den Arbeitsbl ttern gest
205. heoretische berlegungen zum Aspekt der didaktischen Reduktion komplexer Inhalte im Kontext von Modellbildung und Simulation 12 3 Vorstudien zur Eignung von objektorientierten Programmiersprachen f r die Entwicklung von Prototypen C Hypertalk Openscript Smalltalk 80 4 Prototypische Entwicklung von hypermediagest tzen Modulen II Vorbereitende Planungs und Entwicklungsarbeiten 1 Jahr 1 Analyse und Evaluation vorhandener Simulations und Hyperme diasysteme Analyse und Bestandsaufnahme von Hard und Softwareplattformen fiir hypermediagestiitzte Systeme Spezifikation von Hypermedia Autorensystemen als universelles Si mulationswerkzeug Konzeption einer Lehrerfortbildung im Zusammenarbeit mit den Mo dellversuchs Schulen Erarbeitung von Fortbildungsmaterialien 6 Fortbildung der Modellversuchsmitglieder durch die wissenschaftli che Begleitung Prototypische Studien zur Realisierung von hypermediabasierten Si mulatoren III Realisierungsphase 2 Jahr L Entwicklung von Simulationssoftware Materialien und Curriculum bausteinen 2 Beratung bei der Durchf hrung von Unterrichtsvorhaben 3 Fachspezifische Fortbildung 4 Entwicklung eines Kriterienkatalogs zur Dokumentation von hyper mediagest tzten Lernprogrammen IV Erprobung und Evaluation 3 und 4 Jahr 1 Auswertung und Evaluation der Unterrichtsversuche 2 bertragbarkeitsanalysen und Erar
206. historischen Relativit t und ihrer Abh ngigkeit vom technologischen Stand der Entwicklung zu sehen It is quite striking how in just a few years major facts and concepts in HCI are quietly forgotten abstracted or merely revised S 48 Diese Aussage trifft auch f r das Prototyping zu Es ist deshalb wichtig Proty ping Studien immer schon im Blick auf zuk nftige Funktionen der Rech ner denen Sch ler und Lehrer in 5 oder 10 Jahren in Schule Hochschule und Beruf begegnen zu konzipieren Dennoch l t es sich kaum vermei den da Forschungsergebnisse in manchen F llen schon im Verlaufe eines Projektes durch die rasche technische Entwicklung berholt werden So wird sich beispielsweise in naher Zukunft die Bedeutung der Einbindung hochwertiger Vollbildvideosequenzen in hypermediabasierten Lernpro grammen im Vergleich zu einfacheren Standbildsequenzen ungleich anders stellen als heute Forschungsfragen bez glich der Bildqualit t werden dann m glicherweise als berholt anzusehen sein H ufige Kritik an Prototyping ist verbunden mit der in der Regel mangeln den Stabilit t der Systeme Oft wird auch das Attribut prototypische Ent wicklung verwendet um mangelnde Leistung der implementierten Syste me von Kritik auszunehmen vgl Smith 1991 Wir teilen diese Auffassung allerdings halten wir es unter wissenschaftlichen Gesichts punkten auch f r angebracht Software Prototypen trotz offensichtlicher Qualit tsm ngel inten
207. hriftlichen Auf zeichnungen vorliegen hatten in denen sie nachschlagen konnten Sie waren es gewohnt den Tafelanschrieb in ihre Unterlagen zu bernehmen Daher sind Arbeitsbl tter auf denen die wichtigsten Lernergebnisse fest 196 gehalten werden eine Voraussetzung fiir den erfolgreichen Einsatz solcher Simulationsprogramme Schwierigkeiten Leider konnten wir nicht in der Anfangsphase des Modellversuchs je zwei Sch lern einen Multimedia Rechner an ihrem Laborplatz zur Verf gung stellen Dadurch konnte die Benutzung des Rechners nicht gleichzeitig mit dem praktischen Aufbau erfolgen Insgesamt gesehen f hrten Hardware probleme zu erheblichen Schwierigkeiten und Verz gerungen in der Mo dellversuchsarbeit Die Installation der Multimedia Rechner war w hrend der Modellversuchszeit doch sehr arbeitsaufwendig und kostenintensiv Dar ber hinaus entstanden Probleme bei der Entwicklung der Software Insbesondere war es schwierig fotografische Abbildungen und Videoma terial in die Anwendung zu integrieren Die verschiedenen Bildformate und Kompressionsarten k nnen nicht von allen Programmen verarbeitet werden bzw f hren bei unterschiedlicher Hardware zu unterschiedlichen Ergebnissen Haben selbst erstellte Simulations und Lernprogramme eine Zukunft Die Programmerstellung selbst war nach der schwierigen Anlaufphase doch sehr interessant Mit Hypermedia Systemen wie z B ToolBook las sen sich kleine Animationen schnell realisi
208. hstehenden habe ich die Antworten und Einsch tzungen zusammengefa t Die Mehrheit der befragten Sch ler u erte die Meinung da Idee und Aufbau des Lernprogramms gut sind Grundbegriffe der Robotertechnik seien ausreichend erkl rt das Programm sei recht bersichtlich und des halb auch zur Einf hrung in die Robotik geeignet Einige Teile des Pro gramms seien nicht ganz ausgereift so m ten mehr Grafiken enthalten sein und die Grafiken m ten in ihrer Qualit t verbessert werden Die meisten Befragten fanden auch die Bedienung des Lernprogramms gut Das Programm sei sehr einfach und simpel zu bedienen und funktio nell gestaltet Leider sei es nur f r einen Robotertyp Mitsubishi Roboter konzipiert es m te f r andere Roboter erweitert werden Zum Erlernen der Programmierung des Simulationspaketes COSIMIR sei es jedoch nicht geeignet Die Sch ler betonten da das verwendete Unterrichtsbegleitma terial eine gute Erg nzung darstelle auch f r das Nacharbeiten zu Hause Bezogen auf Hinweise und W nsche fanden einige Sch ler die Online Hilfe und die Kommentare zu den Bedienfeldern sehr hilfreich Bei den Fragen im Programmverlauf gibt es einige Probleme Fremdw rter und Fachbegriffe sollten besser erkl rt werden Von manchen Befragten wird ein umfangreicherer Fragenkatalog gew nscht sowie ein Komplettest am Ende der 4 Stufe W nschenswert w re auch ein kleines Beispielpro gramm mit Erkl rungen Ursache Wirkung um
209. ia bietet die Chance wirtschaftliche und gesellschaftliche Ver nderungen sozialvertr glich zu gestalten Unsere These Es gibt keinen Grund f r diese hoffnungsvolle Aus sage 1 2 Forschungsperspektiven und Handlungsbedarf 1 2 1 Ausbau der empirischen Basis und der Theorieans tze Einen Besuch von Wagners Oper Walk re erlebte ich k rzlich als beein druckendes Multimediaereignis Hier sp rte man wie vorhandene Medien und lange Erfahrung mit ihnen zusammen mit einem starken inhaltlichen Ausdruckswillen zu einem neuen Multimediaausdruck wurden Im Projekt HYSIM standen die Medien selbst noch in so gro er Entwicklung da die Erkundung ihrer neuen M glichkeiten und die Suche nach Inhalten im Vordergrund standen 271 Der Film brauchte 30 Jahre um sich als Sprache und Medium zu etablieren und ein theoretisches Fundament zu entfalten Eisensteins Bem hungen um eine Filmsprache hnlich der Rhetorik Montage ist Konflikt Sch ssel Blick Hunger sind bezeichnend Mike Jaggers Bem hungen um eine neue sthetik der digitalen Medien in Hard Woman 1987 Siggraph Demo sind f r die neue Suchbewegung charakteristisch HYSIM ist in diesem Sinne als Suchbewegung zu verstehen Roboteranimation Naviga tion durch Fabrik und Werkstattgeb ude M llers interaktive Welle Me taphernforschung Diese Suchbewegung brachte uns zu der Grundsatzfra ge Welche Sachbegegnung f rdert in welchem Kontext die Handlungs kompetenz
210. iagest tzter Simulatoren geschaffen werden Dazu wurde einerseits eine Einf hrung in die Pro grammierung eines Autorensystems am Beispiel des Hypermediasystems ToolBook gegeben andererseits wurden im Rahmen praktischer bun gen kleine Animations und Simulationsprogramme von den Teilnehmern mit diesem Autorensystem erstellt Diese Fortbildung diente gleichzeitig dazu die Projektteilnehmer bei der Planung und Erstellung eigener Lern und Simulationsprogramme zu unterst tzen 175 Inhalte Zeit 1 Einf hrung in die Programmierung eines Autorensystems 6 Scriptsprache elementare Befehle Kontrollstrukturen Mel dungen Konzept der Objektorientierung Gestaltung und Programmierung verschiedener Objekte 2 bungen und Beispiele 4 Erstellen eines einfachen Lernprogramms Gestaltung der Benutzungsoberfl che Programmierung einzelner Steuerelemente Auswertungsalgorithmus 3 Ubungen und Beispiele Il 8 Entwicklung einfacher Lernprogramme mit grafischer Anima tion Einbindung von Grafiken Programmieren von Bewegungen Experimentieren mit versch L sungsvarianten Tabelle 3 II Kurs Hypermedia Autorensysteme I Kurs Hypermedia Autorensysteme II Im Rahmen des dritten Kurses wurden fortgeschrittene Konzepte der Ent wicklung von Hypermediasystemen vermittelt Insbesondere ging es dabei um die Einbindung externer Softwaremodule was besonders deshalb von Bedeutung war weil mit Hilf
211. ice cand Das Bestie die pas Leech piires yamai Fes Hills a li J jsja BAR l Heizinc ter ey ara ipag hire T Tinie Sate Prawe liwn Deuioche Tasko Limo cune Remove toons acres 5 Remowe blankie plaiz E Load graphie sofhaare Back bo ermulseon sie REE il MISCAPE 2a adaa Zu reg 1 Sian F eena iad SUPER Braca pra a _ Abb 1 6 Montagesimulation 2 282 L Remorse carne 2 Remove Gone screw i Bemowe blanka plate VISCAPE s Rn aisi x asa cher Dean a5 S 1 Aaa Woven aoad SUPER en i a7 Abb 1 7 Montagesimulation 3 Dss Besa EENET j iejslal 2 m F Heise hip vera en ae iin J SuperCity University I83KE The Superler Universky bowser a wrialy unbrited mmber of lecture theaters al eqapped to provide the best in educational andani What s more there s ao meed te Sneed Bor semesters gay fees or de Berwick puedes aed ejay hie edpercece of lractesg in a tal Well Superscape Square 107K B Superecape WC virtual home This sabah of SCAPE DO we oA te e rl Soper bourer informaticn an contact fr zi gi Bian WE Wear Weed SUPERE Een m Abb 1 8 Virtuelle Universit t 283 Our Solar System 46KB The Phyacs resm is corent rong a lectae on he planets of our solar synem Stonehenge 239K B The Bathory rode t currenthr miare a Deters on the Ensmair g hatecy of the weld Bnew Stonehenge Te
212. ichen Erfahrungen mit multi und hypermedialen Systemen im Modellversuch HYSIM kommen wir zu folgender Erkennt nis Die Handhabbarkeit der Hard und Software ist unter den Alltagsbe dingungen in der Schule v llig unzureichend Eine sehr bedeutsame aber im Grunde nicht neue Erkenntnis Die Handhabbarkeit von Hard und Softwaresystemen wird unter anderem bestimmt durch e eine leichte Installation und Wartbarkeit e eine angemessene und nicht berfrachtete Bedienkomplexit t e ihre Stabilit t und Fehlertoleranz Das aber was Soft und Hardwarehersteller im Hinblick auf die Qualit t ihrer Produkte versprechen ist irref hrend Um nur einige bekannte Pro bleme zu benennen e die Software ist in der Regel fehlerhaft e die Benutzungskomplexit t der Systeme steigt trotz grafischer Benut zungsschnittstellen e es besteht eine Tendenz der Funktions berflutung bei Programmen 255 es existieren massive Probleme bei der Installation von Software ins besondere Grafiktreiber Peripherieger te usw und e die Hardwareanforderungen steigen kontinuierlich und zwingen Nut zer zu st ndigen Hard und Softwareerneuerungen Insgesamt m ssen wir feststellen da nach unseren Erfahrungen das gr te Hindernis bei der Nutzung von Hypermedia im beruflichen Unter richt in der unzul nglichen Handhabbarkeit der Hard und Software liegt Insbesondere ist der Zeitaufwand f r die Installation und Wartung der Sy steme zu gro Lehrkr
213. icher Lernmedien und symbolischer auf virtuellen Rechnermodellen basierender Simulationsmedien Es kann als gesicherte p dagogische Erkenntnis angesehen werden da theoretisches Lernen Umgang mit Symbolen und praktisches Lernen Umgang mit dem Stofflich Konkretem als eng aufeinander angewiesen betrachtet werden m ssen und k nstliche Trennungen Lernbarrieren darstellen Mentale und konzeptuelle Modelle m ssen gegenst ndlichen Repr sentationen in der Welt entsprechen die soweit als m glich sinnlich erfahrbar sein sollten Bezogen auf die Zielsetzung des Modellversuchs HYSIM werden damit insbesondere die Integrationsm glichkeiten von lernunterst tzenden Si mulatoren in handlungsorientierte Lernprozesse angesprochen Allerdings weisen vorhandene Lernsimulatoren in dieser Hinsicht prinzipielle Defizite auf So stellt Schulmeister 1996 fest da viele gerade auch f r Lernprozes se interessante Simulationen aus Forschungszusammenh ngen entstan den sind Was diesen Systemen allerdings fehlt ist eine Umgebung in der sich die Simulationen in bungen eingliedern lassen und die einen Zugriff auf Erkl rungstexte bietet Mit einer vern nftigen Benutzeroberfl che versehen sind Simulationen ein ideales Medium um Inhalte zu lehren die sich dynamisch ver ndern S 353 Bruns 1990 bem ngelt da existie rende Simulatoren speziell f r den Bereich der CNC Fertigung und Robo tik dadurch gekennzeichnet sind da sie b
214. ichern Das Erstellen von komplexen Simulationsprogrammen ist aber doch sehr aufwendig wie sich sp ter auch in den durchgef hrten unterrichtsbezoge nen Praxisstudien vgl Kap VI gezeigt hat Verst ndliche Semantik Die hier untersuchten Systeme ToolBook Hy percard verf gen ber eine eigene Programmiersprache OpenScript bzw Hypertalk die der Klasse der sog Script Sprachen zuzuordnen ist Script Sprachen sind st rker der Alltagssprache entlehnt als sonstige Program miersprachen und besitzen eine fehlertolerante Syntax Daraus resultiert da identische Anweisungen alternative Kodierungen zulassen Script Sprachen werden interpretativ verarbeitet bei Fehlern bekommt der Be nutzer deshalb sofort eine entsprechende R ckmeldung und kann diesen Fehler unmittelbar verbessern Obwohl Scriptsprachen relativ leicht zu erlernen sind f hrt die fast un berschaubare Vielfalt der m glichen Befehle zu Verwirrungen Anf n ger innen sollten sich nach unseren Erfahrungen deshalb m glichst auf wenige elementare Befehle beschr nken Schon mit ca 10 Befehlen k n nen einfache interaktive Hypermedia Anwendungen programmiert werden 134 Strukturierungsm glichkeit Die objektorientierte Erstellung von Anwen dungen auf der Basis von Hypermediasystemen wie beispielsweise Tool Book oder Hypercard wird durch die vorgegebene Struktur dieser Systeme eingeschr nkt Diese Einschr nkungen vereinfachen zwar einerseits die Bedienung un
215. ie Entwicklungssoftware nach einem festen Algorithmus abl uft der stets dieselben Strukturen erzeugt Das dahinterstehende Modell orientiert sich am verhaltenspsychologischen Konzept des Behaviorismus das be reits in den 70er Jahren in den Lernmaschinen des Programmierten Unter richts realisiert wurde zum Niedergang des computergest tzten Lernens mit Autorensystemen vgl Gorny 1982 346ff und die dort zitierten Posi tionen Adaptierbarkeit der Anwendungen Bei dem Einsatz von Lehr und Lernprogrammen ist es unter Umst nden wichtig da diese im Einzelfall an die jeweiligen situativen Voraussetzun gen angepa t werden k nnen Hierzu m ssen die entsprechenden Systeme 259 Mechanismen f r Entwickler und Benutzer bieten mit denen auf ge nderte Anforderungen entsprechend reagiert werden kann Diese Anforderungen k nnen die Aufgaben die Benutzercharakteristika die Datenmanipulation die Interaktionshilfsmittel oder auch mehrere dieser Elemente gleichzeitig betreffen Wir haben einige dieser Aspekte untersucht und kommen zu dem Ergebnis da die Adaptierbarkeit hypermediabasierter Lernprogram me unter bestimmten Voraussetzungen gegeben ist e Anpassungen und nderungen an der Benutzungsschnittstelle sind bei Hypermediasystemen in der Regel leicht vorzunehmen e Anpassungen und nderungen die den algorithmischen Kern einer Anwendung betreffen sind nur dann akzeptabel wenn es sich um sehr kleine Anwendungen handelt e Sch
216. ie im Verlauf des Modellversuches wesentlich auch empirisch d h schulnah er forscht werden mu ten Die Erprobung von Unterrichtsvorhaben Eva luationsfeld 4 und die Eigenentwicklung hypermedialer Lernumgebungen durch die beteiligten Lehrkr fte Evaluationsfeld 5 waren deshalb bedeut same Felder der Evaluation Da beide Felder aufgrund der komplexen Randbedingungen nur sehr schwierig zu evaluieren sind werden im fol genden einige Erl uterungen zu unserem Untersuchungsdesign gegeben Sp ter folgen einige Anmerkungen zur Evaluation von Lernsoftware 115 Evaluationsfelder Analysemethoden Handlungs Projekt und instrumente trager phasen Projektverlauf unter themenzentrierte alle Projekt Ber cksichtigung der Gruppendiskussion gruppe phasen Zielsetzungen Lehreraus u Lehrer themenzentrierte alle Projekt fortbildungen Seminare Gruppendiskussion gleitung phasen USW Prototypische Softwa Fallstudien Vorbereitungs reentwicklungen u Expertendiskussion gleitung phase Studien zur Software nutzung Durchgef hrung u Er Fallstudien Lehrkr fte Vorbereitungs probung von Unter teilnehmdende Be Wiss Be Realisierungs richtsvorhaben gleitung phase obachtung themenzentrierte Gesamt Erprobungs Gruppendiskussion gruppe phase Eigenentwicklung von Fallstudien Lehrkr fte Vorbereitungs hypermediabasierten wiss Be Realisierungs Lernumgebungen gleitung phase themenzentrierte Gesamt Erprobu
217. iete Technische Informatik Digitaltechnik Programmierung Bemerkungen EduCPU eignet sich aufgrund des integrierten Assemblers bei dem auf aussagekr ftige Fehlermeldungen Wert gelegt wurde und des integrierten Hilfesystems zum eigenst ndigen interaktiven Lernen Weitere Informationen sowie unterrichtliche Erfahrungen mit diesem Lernprogramm sind in den Projektberichten nachzulesen Hardwareumgebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows Es wird ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung ben tigt Bl Ti Document Done a Z 299 Anhang 4 Netscape HYSIM SPS gesteuerte Pneumatik File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HYSIM Home Softwareliste p Programmname SPS gesteuerte Pneumatik Autor Hermann Gathmann Schulzentrum Im Holter Feld Bremen Programmversion V 1 0 Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 182KB gepackt zip Datei ca 470 KB entpackt besteht aus 3 Dateien Kurzbeschreibung Das Programm Paket SPS gesteuerte Pneumatik besteht aus dem Programm SPS1 und Spabil Mit dem Programm SPS1 kann die Realisation einer SPS gesteuerten Pneumatikschaltung simuliert werden Im einzelnen bietet das Programm folgende M glichkeiten Im ersten Teil Seite 2 soll der Anwender in die Lage versetzt werden nach einem Stromlaufplan das elektrisch gesteuerte Wegeventil eines Pneumatikzylinders anzuschlie en Im zweiten Teil Seit
218. imiert werden Abb 4 3 Schaltung mit Reedsensoren Zylinder mit Reedkontakten Sensor B1 Sensor B2 Schaltplan Abb 4 4 Zylinder mit Reedsensoren 204 4 Selbsthaltung mit Reed Sensoren Reed Sensor Aufbau Funktion und Beschaltung Ausgangssignal Leuchtmelder Reed Kontakte sind magnetisch bet tigte Sensoren Sie bestehen aus zwei d nnen Blattchen engl reed aus magnetischem Metall Zylinder Abb 4 5 Reedsensor Funktion Die Simulation dieser Schaltungsversion enth lt dar ber hinaus noch eine weitergehende Darstellung der Reed Sensoren Ist bei der Ausgangsschal tung mit den mechanisch bet tigten Rollentastern deren Schaltfunktion noch eindeutig nachvollziehbar so ist dieses bei den Sensoren nicht mehr gegeben wenn man von der Anzeige durch eine Leuchtdiode absieht Durch einen Doppelklick mit der Maus auf den Zylinder erh lt man die Bildschirmdarstellung wie in Abb 4 4 gezeigt Einen Hinweis auf diese Funktion erscheint nach der Einzelschritt Simulation im Kommentarfeld Nach Simulation der vergr erten Zylinder Reedkontakt Darstellung er scheint wiederum eine Aufforderung einen Doppelklick auf einen der Sensoren auszuf hren um deren Gro darstellung zu erhalten vgl Abb 4 5 Auch hier kann wieder eine Einzelschritt Simulation durchgef hrt wer den Gleichzeitig wird die Beschaltung von dreipoligen Sensoren deutlich Mit der jeweils rechten Taste erreicht man die vorhergehende
219. in Hypertext Experimentalein BFS 1 richtung Roboter FOS Elektro Hypertext Einf hrung in die 6 simulation technik Roboterprogram K E FOS 1 mierung Funktions Techn Assistent Simulator Entwicklung von 7 generator in fur Informatik Hypermedia UE BFS 1 anwendungen Autofachmann Kommunikations Hypertext Einf hrung in die 8 PLUS elektroniker in Grundlagen der Elektro BS 1 technik Tabelle 1 1 Erprobte und dokumentierte Lernsoftware Unterrichtseinheiten BFS Berufsfachschule BS Berufsschule duale Ausbildung E Eigenentwicklung FOS Fachoberschule K Kommerzielle 248 Software UE Unterrichtseinheit In der Regel erfolgte der Einsatz von Lernsoftware in Kombination mit anderen Lernmedien wie z B schriftlichem Begleitmaterial oder Experi mentaleinrichtungen Erprobt wurden verschiedene Formen des Hand lungslernens mit hoher Sch lerselbstt tigkeit Der Erprobungszeitraum erstreckte sich ber ca drei Schulhalbjahre Wie aus der bersicht vgl Tab 1 1 zu entnehmen ist ist die empirische Basis des Modellversuches HYSIM ziemlich breit Nach unserem Wissensstand sind im deutschspra chigen Raum keine Studien bekannt die vergleichbar w ren Insbesonde re existieren kaum Studien in denen der Versuch gemacht wurde Lehr kr fte in die Entwicklung und Evaluation von Lernsoftware im Sinne des im ersten Kapitels geschilderten wissenschaftlichen Vorgehens mit einzu beziehen
220. inert 1994 S 123 141 Eberleh E Oberquelle H Oppermann R 1994 Einf hrung in die Software Ergonomie Gestaltung graphisch interaktiver Systeme Prinzipien Werkzeuge Berlin New York Fischer M 1991 Zum Stellenwert der Evaluation im Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der beruflichen Bildung Bre 7 hnlich argumentiert Schulmeister Schwierigkeiten bei der Generalisierung von Aussagen aus Evaluationen verleiten Methodiker regelm ig dazu weitere Differenzie rungen und Kontrollen im methodischen Design zu fordern Dies kann zur Konstruktion absolut artifizieller Lernumgebungen f hren deren Aussagen damit ihre G ltigkeit f r real life Situationen verlieren Schulmeister 1996 S 372 118 men In AbschluBbericht zum Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der beruflichen Bildung Bremen Fischer M Lehrl W 1989 Evaluationskonzept Modellversuch Ro boter als CIM Komponenten in der beruflichen Bildung Bremen Fischer Bluhm K Fischer M Lehrl W 1988 Evaluationskonzept MCA Hessen Modellversuch K 1047 00 Bremen Freibichler H Carstensen D 1996 Evaluation zur Gestaltung einer Lernumgebung In Holz H Schenkel P Hrsg 1995 S 88 99 Holz H Schenkel P Hrsg 1995 Evaluation multimedialer Lernpro gramme und Lernkonzepte Berichte aus der Berufsbildungspraxis Reihe Multimediales Lernen in der Berufsbildung N rnberg Meier A 1995 Qu
221. ird man das Gelernte zu einem Probleml sungs und Fragestil verallgemeinern k nnen der sich auf jede oder fast jede angetroffene Aufgabenart anwen den l t Bruner 1973 S 26 Obwohl sich Simulationen im streng wissenschaftlichen Sinne weniger an einer Heuristik des Entdeckens im Sinne Brunners sondern st rker an einem Modell wissenschaftlichen Forschens und Experimentierens orien tieren k nnen sie wie einige P dagogen betonen didaktisch in explorati ven Situationen eingesetzt werden Schulmeister 1996 S 355 Die daraus resultierende Frage inwieweit Vorformen der Simulation wie etwa spielerisches Probieren und unsystematisches Experimentieren mit rechnergest tzten Modellen lernf rderliche Momente enthalten ist in der Technikdidaktik unerforscht Im Hinblick auf das rechnergest tzte Lernen von Kindern finden sich allerdings solche Gedanken bei Papert 1994 der daf r pl diert Lernenden konkret operative Zugangsm glich keiten zu den neuen Techniken zu verschaffen Zugangsm glichkeiten die nicht der Lehrer auf ein genau definiertes Ziel hin vorherbestimmt sondern die von den Lernenden im Rahmen selbstbestimmter Lernprozesse erobert und erschlossen werden sollen In diesem Kontext benutzt Papert in An lehnung an den Anthropologen Claude L vi Strauss den Begriff bricolage der in etwa mit zurechtbasteln bersetzt werden kann S 148 159 Die wichtigsten Grunds tze von bricolage als einer Methodik f r
222. ishwick 87 Transformationsregeln 27 Modellkonstruktion 26 28 Modellmethode 26 Multimedia Definition 58 N Navigationselemente 151 O Objektorientierung 258 konomische Aspekte 191 198 212 220 262 Orientierungsverlust 73 Phantasien 31 Pr teration 28 Probieren 38 Probleml sen 33 Projektziele 5 11 Prototyp CNC Simulator 131 Evolventenverzahnung 158 Fertigungsplanung 132 Fl ssigkeitsstr mung Zahnradpumpe 157 Heizungsregelung 138 Hypermedia Framework 150 Interaktives Buch 143 Interaktives Puzzle 145 Kurbelschleife 160 Mehrebenensimulator 167 Montage Zahnradpumpe 159 Proze simulation 137 Videoeinbindung 163 virtuelle R ume 152 Zahnradkonstruktion 145 Prototypenentwicklung 258 Prototyping experimentielles 15 Konzepte 123 M glichkeit u Grenzen 127 Rapid Prototyping 125 Software 123 R Real Reality 284 Robotersimulation 233 336 S Sch lermeinungen 226 Selbststeigerung 31 Simulation 23 Defizite 46 81 Handlungsorientierung 251 Hawthorne Effekt 250 hypermediagestiitzte 81 HyperSimulation 288 Kosten 43 Lernf rderlichkeit 249 Lerninhalte 85 Lernmotivation 29 30 lernpsychologische Aspekte 24 Lerntransfer 250 Mehrebenensimulation bersicht 89 mehrperspektivisch 81 konomische Aspekte 43 262 Proze kopplung 253 qualitative 36 sch lerzentrierter Unterricht 250 Simulation vs Realsystem 252 Spiel u Ernst 40 Vorteile 252 Simulationsbaukasten 83 Simulationssoftware
223. iten eines Roboters F r einen ergibt sich z B kugelf rmiger Arbeitsraum haben einen quaderf rmigen Arbeitsraum und einen zylindrischen Arbeitsraum Chronik Zur ck LER m g E IE amp Abb 7 5 Beispiel f r das Lernprogramm ROBBI 237 In der ersten Stufe Einleitung geht es zun chst um die Einordnung der Robotertechnik im Gesamtzusammenhang Es geht um die technische Entwicklung historischer berblick um die Gr nde f r den Einsatz von Robotern die Ver nderung von Anforderungen an den Industriearbeiter durch Robotereinsatz gesellschaftliche Ver nderungsprozesse und um die Definition was Industrieroboter eigentlich sind und was sie k nnen In der zweiten und dritten Stufe Grundbegriffe eines Roboters bzw bersicht Robotertypen werden die g ngigsten Robotertypen vorgestellt Es geht um den Aufbau die bevorzugten Einsatzgebiete M glichkeiten und Gren zen der einzelnen Typen usw Au erdem werden einige Grundbegriffe wie Arbeitsraum Roboterarm Freiheitsgrade Koordinatensysteme er rtert In der vierten Stufe Handhabung und Programmierung wird zun chst die Handhabung eines ganz bestimmten Robotertypes behandelt n mlich des Mitsubishi Knickarmroboter RV MI der f r beide Unterrichtseinheiten zur Verf gung stand Die Inbetriebnahme die Ausbaum glichkeiten und die m glichen Aufgabenstellungen stehen hierbei im Vordergrund Im zweiten Teil geht es um das Erlernen der Roboterprogrammiersprache
224. ittlung von exemplarischen Einsichten in Probleme rechnerunterst tzten Lernens und Aspekte der Gestaltung von Lernprogrammen Durchgef hrte Lehrveranstaltungen in die Forschungsergebnisse des Pro jektes HYSIM eingeflossen sind 1 Lernhaltigkeit von Software Objektorientierung als Entwicklungs basis Bruns F W SS 1992 2 Rechnergest tzte Integration und Vernetzung in der Produktion Bruns F W WS 1992 1993 3 Simulation als Qualifikationsmittel und als Mittel der Erkenntnisge winnung Bruns F W SS 1993 4 Simulationstechnik Bruns F W WS 1993 94 5 Tutorielle Systeme Bruns F W SS 1994 6 Produktionsinformatik Bruns F W M ller D WS 1996 Dar ber hinaus absolvierten Studenten im Rahmen ihres Studiums Lehr amt f r die berufliche Schulen der Sekundarstufe II ein Schulpraktikum am Schulzentrum Vegesack Berufliche Schulen f r Metall und Elektro technik Innerhalb dieses Schulpraktikums wurden von den Studenten auch hypermediagest tzte Lernmodule entwickelt und im Rahmen einer Unter richtseinheit eingesetzt Die Betreuung erfolgte durch eine Lehrkraft aus der Projektgruppe HYSIM 180 VI Unterrichtseinheiten und Unterrichtsbeispiele 181 182 Dieter Miiller Jiirgen Steenbock 1 Entwicklung und Erprobung hypermediagestutzter Lernsoftware im Modellversuch Ein Uberblick In den folgenden Kapiteln werden hypermediale Simulationssysteme die von den im Modellversuch mitarbeitende
225. k Fachrichtung Biologie Chemie Physik Industriemechaniker in der Fachrichtungen Betriebstechnik Maschinen und Systemtechnik Techn Assistent in f r Informatik Fachrichtungen Elektro und Maschinentechnik Tabelle 1 1 Beteiligte Schulen 1 durchgef hrt nur in der Anfangsphase 1 2 Organisation und Verlauf Schon in der Vorlaufphase des Modellversuches waren von den zu betei liegenden Lehrern Ideen f r den Einsatz von Simulationssystemen entwik kelt worden die sie aufgrund eigener unterrichtlicher Erfahrungen f r di daktisch und methodisch sinnvoll erachteten In der Eingangsphase des Modellversuches wurden diese Ideen der gesamtem Modellversuchsgruppe vorgestellt in weiteren anschlie enden Zusammenk nften n her fixiert und mit den brigen Arbeitsschwerpunkten des Modellversuches abge stimmt In der n chsten Phase wurde soweit vorhanden und f r die Reali sierung der oben genannten Ideen relevant bereits existierende Simula tionssoftware gesichtet und bewertet Nachdem sich die Modellversuchsgruppe zur Entwicklung eigener Simu lationen f r das Autorensystem ToolBook der Fa Asymmetrix entschieden hatte wurden an den Schulen zun chst je ein Lehrerarbeitsplatz mit ent sprechender PC Ausstattung eingerichtet Anschlie end wurde die von der gesamten Modellversuchsgruppe f r unbedingt notwendige erachtete Fort bildung in Zusammenarbeit mit der wissenschaftlichen Begleitung inhalt lich n her besti
226. k ndigt entstanden innerhalb weniger Monate hunderte von virtuellen R umen Messen Marktpl tze Universit ten La bore Spielhallen Mit zunehmender Rechner und Netzleistung wird sich dieser Trend verst rken und viele Fragen sozialer seelischer k rperlicher technischer kommerzieller Art aufwerfen Die gegenw rtig etwas dahin schlummernde Arbeit und Technik Forschung wird neue Forschungsfelder zu bearbeiten haben und die alte Frage Ob Arbeit eher durch Organisation oder durch Technik bestimmt sei ja ob es gar eine determinierende Tech nik g be eine Technik die bestimmte Arbeitsorganisationen und Arbeits formen erzwingen w rde diese Frage wird neu zu behandeln sein Mit Recht fordert Rockwell 1996 den Bau dieser virtuellen Welten nicht prim r als technisches Problem zu behandeln sondern als ein interdiszipli n r anzugehendes Problem der Schaffung sozialer R ume Dies verlangt Vorgehensweisen wie wir sie aus der Stadt und Regionalplanung aus der Architektur aus der Soziologie aus der Psychologie kennen F r die p d agogische Dimension wirft dies Fragen auf wie e Bis zu welchem Grad ist die Nutzung der Spielfreude f rderlich f r das Lernen e Welche M glichkeiten neuer motivierender Selbstdarstellung HomePages HomeRooms Eigenentwicklung Information und Fernwirkung ergeben sich e Welche neuen Formen der Unterrichtsorganisation und der berschu lischen fachbezogenen und fach bergreifenden Kooperati
227. keiten des Trainings f r Sch ler naturgem sehr beschr nkt Das entwickelte Lernsystem soll es nun jedem einzelnen Sch ler erm glichen neben den zeitlich eingeschr nkten Experimenten mit dem Pumpstand auch ein Handhabungstraining Echtzeit Simulator und eine vertiefte Wissensgewinnung Hypertext Lehrbuch in individualsierter Form durchzuf hren zZ Ta Docmert Done 2 RZ 308 Anhang 4 Netscape HYSIM Zahnrad Konstruktion HYSIM Home Softwareliste Program nname Konstruktion einer Zahnradpumpe Autor Eckhard Meier Uni Bremen Programmversion Vers 1 0 Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 100 KB gepackt zip Datei ca 230 KB entpackt besteht aus 2 Dateien Kurzbeschreibung Die Anwendung erl utert das Vorgehen bei der Konstruktion eines Zahnrades Es kann ein Zahnrad anhand von benutzerdefinierten Parametern gezeichnet werden die einzelnen Schr te des Konstruktionsprozesses werden dabei erkl rt Zus tzlich werden die mathematische Hintergr nde n her beschrieben AHNRKON TEE 309 Anhang 4 Netscape HYSIM Zahnrad Konstruktion File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Anwendungsgebiete Technisches Zeichnen Konstruktion Mechanik Maschinenelemente Bemerkungen Das Programm wurde mit Toolbook V1 5 entwickelt Zum Benutzen der Anwendung wird die Toolbook Runtime Version ben tigt Zus tzlich mu sich die TBKDLG DLL i
228. klungssystemen Dieter Miiller Studien zur Implementierung portabler Proze simulationen mit Techniken der objektorientierten Software Entwicklung und Parallelprogrammierung F Wilhelm Bruns Dieter M ller Untersuchungen zur Interaktion Dieter M ller Eckhard Meier Achim Heimbucher Untersuchungen und Entwicklungen zur visuellen Darstellung Orientierung und Navigation in Hyperstrukturen Achim Heimbucher Dieter M ller Eckhard Meier Untersuchungen zur Visualisierung dynamischer Prozesse mit Mitteln der Animation und Videoeinbindung Achim Heimbucher Eckhard Meier Dieter M ller Prototyp eines hypermediabasierten Mehrebenensimulators Dieter M ller F Wilhelm Bruns V INTEGRIERTE LEHRERFORTBILDUNG 1 VI UNTERRICHTSEINHEITEN UND UNTERRICHTSBEISPIELE 1 Entwicklung und Erprobung hypermediagestiitzter Lernsoftware im Integrierte Lehrerfortbildung im Modellversuch HYSIM Dieter Miiller Modellversuch Ein Uberblick Dieter Miiller Jiirgen Steenbock 2 Hypermediasystem zum Thema Serielle Schnittstelle Kurt Eblinger G nther Gr ger Pierre Tussinger 3 Lern und Simulationssoftware SPS gesteuerte Pneumatik Hermann Gathmann 129 137 143 149 157 167 171 173 181 183 187 193 4 Lern und Simulationssoftware Selbsthalteschaltungen in der Elektropneumatik Peter Sch fer 5 Hypermediagestiitzte Software zur Simulation eines Mikroprozessors Wolfram B ck 6 Ler
229. kon zipiert ist und deren Programmierung in eine unkomplizierte Bedienungs oberfl che integriert wurde Die vom Autor entwickelte Lernsoftware wur de speziell f r den Einstieg in die Assembler Programmierung Konzipiert und soll dazu beitragen den Umgang mit komplexeren Realsystemen wie z B dem in der beruflichen Bildung verbreiteten MFA Computer vorzu bereiten Lernsystem Vakuumtechnik Echtzeitsimulator und Hypertext Lehrbuch Das Lernsystem Vakuumtechnik vgl Herzog J ger Buschart S 223ff wurde realisiert um zuk nftige Physikalisch Technische Assistenten innen in die Grundlagen der Vakuumtechnik einzuf hren Im Zentrum der di daktischen Konzeption steht hier neben der Vermittlung von Theoriewis sen der Erwerb von Handlungskompetenz in der operativen Bedienung ei nes Versuchsstandes Die von den Autoren entwickelte Software soll dabei individuelles Lernen initiieren wobei neben den zeitlich eingeschr nkten Experimenten an einem aufwendigem Realsystem auch ein individuelles Handhabungstraining mit Hilfe eines Echtzeit Simulators sowie eine ver tiefte Wissensgewinnung durch ein Hypertext Lehrbuch m glich wird 185 Durch die Implementation umfangreicher Hilfe und Protokollfunktionen wird das Verstehen innerer Proze abl ufe transparenter gemacht und ko gnitive Lernprozesse gef rdert Untersuchungen von Simulatoren zur Robotik In dem Aufsatz von R diger Wolter Unterrichtliche Erprobung von Si mulationspakete
230. kplan der Anlage E Pneumatikanlage Komponentenebene Simulation eines doppelwirkenden Pneuma Senger i Sensor B2 tikzylinders mit Reed Relais Zylinder mit Reedkontakten Modellvisualisierung dynamische Schemadarstellung einer Kompo nente Pneumatikzylinder Tipp ikl ch md Sem woree gibi rn tor and Elementenebene Simulation eines Reed Sensor Aufbau Funktion und Beschakung Reed Sensors Modellvisualisierung dynamische Schemadarstellung eines Bauele ments Reed Sensor Physikal Ebene Simulation des ferromagnetischen Verhaltens ei nes Magneten Modellvisualisierung dynamische Prinzipdarstellung der Magnetisie rung Reed Sensor Magnet Abb 1 4 Mehrebenensimulation einer elektropneumatischen Selbsthalte schaltung vgl Hinweise im Text 91 verschiedenen Ein Ausgangs und Zustandsgr en beschreiben auf der jeweiligen Ebene des Teilsystems leichter durchschaubar Auf jeder Mo dellierungsebene l t sich das Verhalten des Systems simulieren Die Sy stemzust nde und die ablaufenden Prozesse werden jeweils mit Hilfe ver schiedener Modellrepr sentationen wie Schaltplanen Schemadar stellungen und Prinzipdarstellungen dynamisch visualisiert Hierdurch kann der Lernende kausale Zusammenh nge direkt auf einer ph nome nologischen Wahrnehmungsebene erfassen Dutke 1994 S 135ff betont die lernpsychologische Bedeutung dynami scher Proze Visualisierungen um intern
231. ktisch umzusetzen und zu erproben e Konkrete Analysekriterien an hypermediale Lernsoftware lassen sich dementsprechend erst im Verlaufe des Projektes auf der Basis solcher praxisbezogener Fallstudien unter Ber cksichtigung dezidierter di daktischer Konzeptionen und spezifischer situativer Bedingungen pr zisieren und konkretisieren Voraussetzung f r eine solches Vorgehen ist zum einen die aktive Beteili gung der wissenschaftlichen Begleitung an konkreten Umsetzungs und Realisationsvorhaben Beteiligungskriterium und zum anderen ein konti nuierlicher Informationsaustausch zwischen wissenschaftlicher Begleitung und den beteiligten Lehrkr ften Transparenzkriterium Am deutlichsten ist ein solches Vorgehen bei skandinavischen Forschungsgruppen zu fin den die Human Centered Methods der Technikgestaltung verfolgen so etwa K Nygaard P Ehn L Rassmussen und diese als action research bezeichnen Laessoe Rassmussen 1989 Ehn 1988 2 3 3 Experimentelles Prototyping Vor dem Hintergrund obiger Kriterien Beteiligungs Transparenzkriteri um sind wir im Projekt HYSIM deshalb davon ausgegangen da ein ex perimentelles und evolution res Vorgehen bei der Softwareentwicklung 15 sinnvoll ist Eine ausf hrliche Darstellung zur Bedeutung des Software Prototyping im Modellversuch erfolgt im Kapitel IV dieses Berichtes Da bei werden auch die im Rahmen der Begleitforschung durchgef hrten Prototyping Studien beschrieben und Erg
232. lator implementiert mit ToolBook und Hypercard Also etwas f r mehrere Welten Diese Anwendung ist in der Anfangsphase des Projektes HYSIM entstanden Bildschirmfoto zeigen ToolBook oder Hypercard Version Anwendungsgebiete Metalltechnik Techn Informatik Steuerungstechnik Bemerkungen In der Hypercard Version wurde ein CNC Interpreter mit Hilfe einer XCFN laden implementiert Hardwarewngebung Betriebssysteme 1 PC min 386 MS Windows ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgeb 2 Apple Macintosh Hypercard 2 x D M ller 1 12 1995 HYSIM Home Softwareliste HYSIM i Ti Document Done a 4 298 Anhang 4 Netscape HYSIM EduCPU OF x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HY SIM Home Softwareliste r Programmname EduCPU Modell CPU mit Assembler Autor Wolfram B ck Schulzentrum Vegesack Bremen Programmversion Nov 95b Dateitransfer EduCPU vom Server laden Dateigr e ca 190 KB gepackt zip Datei 416 KB entpackt Kurzbeschreibung EduCPU simuliert eine Modell CPU im Zusammenspiel mit den br gen Komponenten Kontroll Adress und Datenbus eines Computers Eingebaut ist ein symbolischer Assembler mit dem die ersten Versuche zur Programmierung der CPU unternommen werden k nnen Die Modell CPU ist didaktisch reduziert der Befehlssatz ist dabei an den weitverbreiteten 80x86 CPUs orientiert Bildschirmfoto zeigen Anwendungsgeb
233. lbeschreibungs bzw Modelldarstel lungsmittel Insbesondere wahrnehmungsnahe vorbegriffliche d h wenig formale Modellrepr sentationen sind konstitutiv f r die Initiie rung von Verstehens und Erkenntnisprozessen e die Verwendung multimodaler und multimedialer Modellbeschrei bungen bzw Modelldarstellungen e die Verwendung und Kombination unterschiedlicher Modellbeschrei bungs bzw Darstellungsmittel wie z B gegenst ndlich stoffliche Modelle die in Kombination mit anderen Modellrepr sentationen Lernprozesse unterst tzten Wie im einzelnen Original Modell Abbildungen erfolgen wird wie die Allgemeinte Modelltheorie deutlich macht wesentlich durch didaktisch pragmatische Faktoren wie Subjekt Zeit und Zweckbezug bei der Mo dellierung bestimmt Modellbildungen unterliegen dementsprechend dem Frageschema Modell wovon f r wen wann wozu Stachowiak 1980 S 29 Entsprechend ist es m glich verschiedenartige Abbildungsf lle in ihrem jeweiligen didaktisch pragmatischen Kontext zu unterscheiden und zu bewerten 1 2 2 Lernmotivation Es gibt Hinweise daf r da die Vorz ge von Simulatoren zu einem nicht unwesentlichen Teil in ihren motivierenden Wirkungen liegen In einer spiel soziologischen Studie wurde die nat rliche Disposition des Men 29 schen betont sich Lernerfahrungen auf spielerischem Wege anzueignen Moore Anderson 1976 Wie Dieterich 1994 bezugnehmend auf obige Studien betont ist die Aufhebu
234. ldungs und Produktions ma schine als Medien beruflichen Lernens f r rechnergest tzte Fach arbeit In Facharbeit und CNC Technik Werner von Siemens Schule Wetzlar 1987 Huizinga J 1956 Homo Ludens Vom Ursprung der Kultur im Spiel Hamburg Zit in Zitzlsperger 1995 S 211 Kuipers B 1984 Commonsense Reasoning about Causality Deriving Behavior from Structure In AI Joumal Vol 24 1984 pp 169 203 51 Kummer R R 1991 Computersimulation in der Berufsschule Ent wicklung und Evaluation eines Konzepts zur F rderung kognitiver Komplexi t im Politik und Wirtschaftslehre Unterricht Frankfurt am Main Bern New York Paris Zugl Diss Univ Paderborn 1990 Kusch W 1992 Eine vergleichende Bewertung von zwei CNC Ausbildungskonzepten Computersimulations und werkzeugmaschi nenorientierte Ausbildung Diss phil TU M nchen Laur Ernst U Buchholz Ch 1984 CNC Ausbildung an der Produkti onsmaschine oder am Simulator Berufsbildung in Wissenschaft und Praxis 4 84 Laur Ernst U 1986 Mit CNC Simulatoren lernen M glichkeiten und Grenzen In Hoppe Manfred Erbe Heinz H Hrsg Rech nergest tzte Facharbeit Reihe Berufliche Bildung Band 7 Wetzlar Jungarbeiteri nitiative an d Werner von Siemens Schule Laurillard D 1987 Computers and the Emancipation of Students Gi ving Control to the Learner In Instructional Science 16 1987 pp 3 18 Lauterbach 1985 Simulationsspiele zur
235. le Prozesse waren gar nicht oder nur punktuell herzustellen Die mit Beginn der 90er Jahre einsetzende Entwicklung von hypermedia len Konzepten und Techniken lie jedoch neue M glichkeiten erkennen Simulationen als multimediale interaktive Lernsysteme zu konzipieren Vor diesem Hintergrund wurden f r den schulischen Teil des Modellver suches folgende Arbeitsschwerpunkte formuliert e Die Entwicklung einer Konzeption zum Einsatz von Hypermediasy stemen als universelle Simulationswerkzeuge in der beruflichen Bil dung Es sollte n her untersucht werden bei welchen Inhalten der neugeordneten Metall und Elektroberufe der beruflichen Vollzeit Bildungsg nge und von Kursen der Gymnasialen Oberstufe Simulati onssoftware w nschenswert ist Die Entwicklung und Erprobung exemplarisch didaktischer Einheiten als Bausteine eines offenen Curriculums f r die Facharbeit in kom plexen Fertigungssystemen auf der Basis von Hypermediasystemen Es sollte hierbei nicht allein die rein fertigungstechnische Seite domi nieren sondern auch untersucht werden inwieweit proze unabh ngi ge Qualifikationen betriebsorganisatorische Rahmenbedingungen soziale konomische und kologische Folgen Gestaltungsm glich keit von Arbeit und Technik etc durch Simulationen vermittelt wer den k nnen Die Pr fung von M glichkeiten zur Kostenreduzierung bei der Be schaffung von Lehrmitteln durch den Einsatz von Simulatoren auf der Basis von Hypermediasy
236. le im MFA Computer zwar trotzdem zum Teil noch Verst ndnisprobleme auftraten aber insgesamt bereits eine Mo dellvorstellung in den K pfen vorhanden war auf der effektiv aufgebaut werden konnte Verst ndnisschwierigkeiten die ohne diesen Vorkurs mit tels Simulation sonst h ufig nur schwer oder gar nicht ausger umt werden konnten lie en sich jetzt wesentlich leichter beheben 2 5 Literaturhinweise Bruns F W M ller D Steenbock J 1995 Hypermediagest tzte Si mulationssysteme f r berufliche Schulen 3 Zwischenbericht zum Modellversuch Senator f r Bildung und Wissenschaft Bremen Derriks F Meyer N Hrsg 1985 Einf hrung in die Mikrocomputer technik vgs Verlagsgesellschaft K ln Elsing J Wiencek A 1987 Schnittstellenhandbuch Vaterstetten bei M nchen Gr ger G Tussinger P 1995 Entwicklung einer Simulationssoftware zum Thema Serielle Schnittstelle In Bruns u a S S 75ff 192 Hermann Gathmann 3 Lern und Simulationssoftware SPS gesteuerte Pneumatik Zur Erg nzung des Unterrichts in der Steuerungstechnik Berufsfeld Me talltechnik wurden vom Autor dieses Beitrages zwei hypermediabasierte Module entwickelt vgl Gathmann Sch fer 1995 Mit dem ersten Modul kann eine SPS gesteuerte Pneumatikschaltung si muliert werden Im einzelnen bietet es folgende M glichkeiten Im ersten Teil wird der Lernende in die Lage versetzt nach einem Stromlaufplan das elektrisch gesteuer
237. ler Literatur zu finden waren Auf der anderen Seite war bei den ersten Versuchen mit der Anlage ein hoher Aufwand an Betreuung und Unterst tzung n tig was dazu f hrte da die Betreuung anderer Praktikumsgruppen die zur gleichen Zeit andere Versuche durch f hrten zu kurz kam Trotz des hohen unterrichtlichen Aufwandes traten dennoch immer wieder Fehlbedienungen beim Handhaben des Vakuum pumpstandes in nicht akzeptabler H he auf Die animierte Bedienungsanleitung sollte den Sch lerinnen und Sch lern die einzelnen Schritte zur Inbetriebnahme darstellen und gleichzeitig die Funktionsweise der Anlage demonstrieren Der Simulator ist konzeptionell so gestaltet da nach anf nglich gemeinsamen bungen zu jeder Zeit am Simulator die einzelnen Bedienungsschritte zum Betrieb der Anlage indi viduell trainiert werden k nnen Das Lernsystem soll Sch lerinnen und Sch lern erm glichen bei Bedarf Informationen ber die Vakuumtechnik abzurufen 6 2 Erfahrungen beim Einsatz der Software Die unterrichtliche Zielsetzung ist ausf hrlich in J ger Buschart 1995 S 66ff und J ger Buschart Herzog 1994 S 61 beschrieben worden Es war von vornherein geplant die Software als ein zus tzliches Medium einzusetzen damit die Sch lerinnen und Sch ler sich die wichtigsten Grundkenntnisse der Vakuumtechnik und den Umgang mit einem Hochva kuumpumpenstand selbstst ndig aneignen k nnen Unterschiedliche Me thoden und Darstellungsformen sollte
238. levirtual s Safari 180KB Today s Bilogy latare m taken by Telzyirtual who promde an might mio ther recent Safian The Highdown Information Huh ite Rs z Eu Varbeden a Asini Medien eed SURES ER Warncane Trarmene Es Abb 1 9 Virtuelle Vorlesung 1 2 3 Forschungen zur Gegenst ndlichkeit Erkenntnisse aus diesem Modellversuch und betrieblichen Simulations projekten die wir in artec durchf hrten motivierten uns f r das Konzept des gegenst ndlichen Modellierens mit dem Rechner im R cken vgl Bruns 1993 Hierbei handelt es sich um eine direkte permanente Verbin dung zwischen Virtualit t und Realit t Im Gegensatz zum Virtual Reality Ansatz bei dem Wirklichkeit im Rechner zu verschwinden droht bezeich nen wir unser Konzept als Real Reality Ansatz ber Mustererkennungs verfahren werden alle Handhabungen der Lernenden bzw Modellierenden an einem realen Ger t oder Modell benutzt um synchron zur Wirk lichkeitsver nderung eine virtuelle Welt aufzubauen oder zu ver ndern Abb 1 10 bis Abb 1 13 Dieser Ansatz bietet vielf ltige didaktische M glichkeiten wie e die berpr fung von Praxis und implementierter Theorie Vali dierung e die berpr fung von implementierter Theorie und Theorie Verifi kation 284 e die Theoriebildung durch Ursache Hand Wirkungs Objekt Ana lyse e die nichtverbale Kommunikation Systemspezifikation und Steuerung e die anschauliche begreifbare Erfahrung
239. liche Merkmale im Ver gleich zu konventionellen Simulatoren aufweisen 1 Lipsmeier sieht ebenfalls didaktische Perspektiven von Hypermedia Konzepten im Zusammenhang mit technischen Simulationen und pl diert f r entsprechende Forschun gen Lipsmeier 1993 S 184 1995 S 67 Vor dem Hintergrund strukturtheoretischer berlegungen diskutiert Witt 1992 Aspekte mehrdimensionaler Lehr Lernarrange ments in der kaufm nnischen Aus und Weiterbildung 82 1 1 Ein Szenario Wie kann man sich nun die Kombination von Simulation und Hypermedien auf der Basis eines Simulations Baukastens praktisch vorstellen Welche Lernm glichkeiten bietet eine derartige Lernumgebung Welche Lernbe reiche lassen sich damit abdecken Wir haben in ersten Projektentw rfen vgl Bruns M ller 1993 exempla risch ein Szenario eines hypermediagest tzten Produktionssimulators skiz ziert An dieser Stelle sollen jene berlegungen ein auf einen Produkti onssimulator f r gewerblich technische Qualifizierungsprozesse bezoge nes Szenario nochmals sinngem beschrieben werden Ein solches System m te als Experimentierbaukasten als multimediale interaktive Lernumgebung konzipiert werden Dazu sollte es mit einer ein heitlichen auditiven visuellen und haptischen Benutzungsschnittstelle ver sehen sein Bedienfunktionen m ten auf der Basis werkstatt und erfah rungsorientierter Metaphern konzipiert und gestaltet sein Informations systeme Ani
240. lle Schaltvorg nge wer den dabei sowohl im Stromlaufplan als auch im Pneumatikschaltplan sichtbar Zur Verdeutlichung kann der Vorgang auch in Zeitlupe oder in Einzelschritten dargestellt werden siehe entsprechende Schaltfl chen in den Bildschirmdarstellungen So kann die sonst schwer zu begreifende Funktion der elektrischen Schaltung erfahrbar gemacht werden Aber auch die wechselseitige Abh ngigkeit zwischen Pneumatikschaltung und Stromlaufplan wird deutlicher Im n chsten Schritt werden dann die Rollentaster S2 und S3 durch Reed Sensoren Bl und B2 ersetzt vgl Abb 4 3 Diese Schaltungsvariante stellt eine zeitgem ere Version dar Erkl rfunktion und Simulation der kompletten Schaltung verhalten sich hnlich wie in der Ausf hrung mit Rollentastern Der Stromlaufplan verkompliziert sich jedoch durch ein weiteres Relais K2 Dieses Relais wird n tig da die in der Praxis verwen deten Reed Sensoren keine ffnerfunktion haben So wird hilfsweise ein Offner von K2 benutzt um die Selbsthaltung zu unterbrechen 203 4 Selbsthaltung mit Reed Sensoren 4 Selbsthaltung mit Reed Sensoren Selbsthaltung mit Reed Sensoren Steuerstramkreis Arbeitsstramkreis 51 B2 24 an a Se S1 Ki B2 Ki Lu B1 rn 2 Stromlaufplan Pneumatik schaltplan K2 1 1 KI K2 wa Y1 Y1 OV Klicken Sie auf einzelne Symbole der Schaltpl ne um n heres ber deren Funktion zu erfahren Mit Hilfe der drei Tasten kann die Schaltung an
241. llen 6 4 Zusammenfassung und Schlu folgerungen Es hat sich gezeigt da im Rahmen eines Modellversuchs nach gr ndli cher Einf hrung ein relativ umfangreiches hypermediagest tztes Lern und Simulationssystem entwickelt werden kann das den Unterricht wesentlich bereichert und auch von anderen Lehrkr ften eingesetzt werden kann Die Entwicklung eines solchen Systems mit Hilfe des verwendeten Auto rensystems ist allerdings doch aufwendiger und m hsamer als Werbung und Zeitschriftenartikel suggerieren Das Erstellen von Grafiken Abbil dungen Animationen und Videofilmen die in das Programm eingebunden werden sollen erfordern einen hohen Aufwand an Ausstattung und vor allem Zeit Dies gilt insbesondere dann wenn man gewisse Anforderungen an Funktionalit t und Darstellungsqualit t stellt Eine solide Vorplanung in Bezug auf Inhalt Form und Stellenwert im un terrichtlichen Einsatz ist unerl lich Es hat sich gezeigt da unser Projekt vom Umfang f r den Anfang etwas zu gro war Der Einsatz im Unterricht zeigte dann aber doch da das Vorhaben im Gro en und Ganzen erfolg reich war auch deshalb weil das entwickelte Unterrichtsmaterial auf eine sehr spezielle Unterrichtssituation zugeschnitten und von Lehrern verfa t worden war die langj hrige Erfahrung mit dem Unterrichtsgegenstand hatten Kann man aufgrund der Erfahrungen im Projekt es wagen Beurteilungen ber die Funktion und die Zukunft des Mediums hypermediagest
242. lung von Zahn radpumpen modelliert wird Die Herstellung einer Zahnradpumpe war be reits als bergreifendes Unterrichtsprojekt in einem anderen Modell versuch erfolgreich erprobt worden vgl Rathsack Storck 1991 Dar ber hinaus ist eine Zahnradpumpe ein relativ einfaches technisches Funktions teil bestehend aus wenigen Bauteilkomponenten An diesem leicht durch schaubaren und verst ndlichen Produkt k nnen Sch ler f cher bzw lern gebiets bergreifend die verschiedenen Gesichtspunkte moderner Pro duktionstechnik und ihre vielschichtigen Wechselbeziehungen in einem 167 ganzheitlichen wirklichkeitsnahen Zusammenhang explorativ erfahren und experimentell untersuchen Vor dem Hintergrund der konkreten Problemstellung ergaben sich fiir die unterschiedlichen Softwarekomponenten einer solchen hypermedialen Lernumgebung spezifische Anforderungen beziiglich Benutzungsoberfa che und inhaltlicher Struktur Einzelne Komponenten einer solchen hy permedialen Lernumgebung wie z B ein Fabrikplanungs Simulator ein CNC Simulator sowie Hypermedia Module zur Konstruktion von Zahnra dern und diverse Animationssequenzen haben wir schon an anderer Stelle vgl Kap IV 1 beschrieben Die Studien zur visuellen Darstellung und Orientierung in Hyperstrukturen lieferten dar ber hinaus Erkenntnisse wie Elemente eines Mehrebenensimulators in ein hypermediales Navigations system technisch eingebunden werden k nnen Neben Fragen der Softwa regestaltung
243. lungsmaterial f r Maschinen Anlagen und Fahrzeugen sein wo produktspezifische Infor mationen von den Herstellerfirmen finanziert werden Eigenproduktionen von einzelnen Lehrerinnen und Lehrern oder Lehrer gruppen sind nach den Erfahrungen im Projekt sicher nur f r sehr eng um grenzte Inhalte zu leisten Als Themen eignen sich dazu solche Vorg nge die nicht direkt oder im Experiment sichtbar sind deren direkte Beobach tung zu zeitaufwendig oder zu gef hrlich w re Die technischen Voraus setzungen f r die Produktion solcher Simulationen und die Darstellungs m glichkeiten sind mit den im vorliegenden Modellversuch erprobten Mitteln durchaus gegeben 6 5 Literaturhinweise Herzog H J ger Buschart E W Lernsystem Vakuumtechnik Echt zeitsimulator und Hypertext Lehrbuch In 2 Zwischenbericht zu die sem Modellversuch Bremen 1994 S 61 J ger Buschart E W Einf hrung in die Handhabung eines Vakuumpum penstandes Bericht ber die unterrichtliche Erprobung eines Lern und Simulationssystems In 3 Zwischenbericht zu diesem Modellver such Bremen 1995 S 110ff 230 J ger Buschart E W Erfahrungen bei der Softwareentwicklung eines Lern und Simulationssystems zur Vakuumtechnik In 3 Zwischenbe richt zu diesem Modellversuch Bremen 1995 S 66ff M ller D Autorensoftware zur Entwicklung von Hypermedia Anwen dungen am Beispiel von ToolBook In 2 Zwischenbericht zu diesem Modellversuch Bremen 1
244. lysen und Manipulationen ausgewiesener Systemparameter beschr nken Hierdurch werde das unl sbare Realproblem zu einer l sba ren Aufgabe in einem Spiel transformiert Lauterbach 1985 S 23 Die se Argumente sind sicherlich nicht ganz von der Hand zu weisen aller dings abh ngig von dem jeweiligen Anwendungsbereich Insofern existieren auch gegens tzliche Thesen zum Verh ltnis von Spiel und Ernst in Simulationen vgl dazu auch das Kap II 2 3 1 2 5 Selbstgesteuertes Lernen In der Berufsp dagogik werden in j ngster Zeit zunehmend M glichkeiten und Grenzen des Einsatzes rechnerunterst tzter Lernprogramme im Rah men sogenannter selbstgesteuerter Lernprozesse diskutiert Rechnerge st tzte Simulationen scheinen hier besondere Potentiale zu bieten Cha rakteristisch f r selbstgesteuerte Lernprozesse sind Spielr ume f r die selbst ndige Festlegung von Lernzielen Lernzeiten und Lernmethoden Der Lernende mu diese Spielr ume wahrnehmen und tats chlich fol 35 genreiche Entscheidungen tiber das eigene Lernen treffen und diese wenig stens zum Teil in Lernhandeln realisieren Weinert 1982 S 102f In einer vergleichenden Bewertung von CNC Ausbildungskonzepten si mulations und werkzeugmaschinenorientierte Ausbildung kommt Kusch zu dem Ergebnis da durch rechnergest tzte Simulationen Selbstlernpro zesse im Vergleich zu anderen Methoden gef rdert werden k nnen Insbe sondere sei eine anspruchvolle
245. m glichte uns die rechtzeitige Umorientierung von der Sackgasse Multimedia CD ROM zu einem Inter net gest tzten offenen Software und Kooperationskonzept Die Entscheidung f r das Autorensystem Hypermedia Toolbook erwies sich als au erordentlich hilfreich und weitreichend f r die Zukunft da die ses Medium besonders f r die Vorbereitung und bertragung auf die viel versprechenden Konzepte JAVA und HTML geeignet ist Eine weitere wichtige Erfahrung war der enge Zusammenhang zwischen der Produkt Struktur dem Vertrieb und dem Gebrauch eines Multimedia produktes Gro e Schwierigkeiten bei der Erstellung einer unseren Anfor derungen entsprechenden offenen in heterogener Lernumgebung einsetz baren und umgestaltbaren CD ROM Version f hrten zur Ablehnung dieses 274 Konzeptes und der Entwicklung einer HTML Version Dabei war unser Leitgedanke Multimediatechnik und Autorentechnik nicht als eine einfa che bertragung der einbahnstra igen Druckmedienautorenschaft auf Computermedien zu sehen sondern als eine M glichkeit der neuartigen Beteiligung von Sch lern an der Erstellung Ver nderung und Weiterver wendung dieser Medien als Werkzeuge 1 1 3 Erkenntnisse HYSIM erfuhr im Laufe des Projektes einen Bedeutungswandel und eine Konkretisierung Die Simulationstechnik hat sich inzwischen als wichtiges handlungsunter st tzendes Lernmittel durchgesetzt Multimedia als Vorstellung da mehr Medien gleichzeitig eingesetzt mehr
246. markieren ausgehen Im Rahmen der hier dargestellten Prototy ping Studie wurden Aspekte der didaktischen Gestaltung von Lernsoft ware untersucht ber erste Erfahrungen die Lehrer mit diesem Konzept im Unterricht gesammelt haben werden wir im Kap VII berichten 7 3 Literatur Bruns F W 1990 Die Simulation als Qualifikationsmittel In 3 Sach bericht Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der be ruflichen Bildung Bremen S 157 ff Fishwick P A 1995 Simulation Model Design and Execution Building Digital Worlds Englewood Cliffs New Jersey Rathsack H Storck W 1991 Projekt Zahnradpumpe In Abschlu be richt Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der berufli chen Bildung Bremen S 217 ff M ller D 1993 Application Framework f r die Entwicklung interak tiver Anwendungen mit multisensorischen Benutzungsschnittstellen Universitat Bremen artec Arbeitspapier 22 April 1993 170 V Integrierte Lehrerfortbildung 171 Dieter Miiller 1 Integrierte Lehrerfortbildung 1 1 Fortbildung der Modellversuchsgruppe Wie schon mehrfach betont wurde war es notwendig im Rahmen der Mo dellversuches HYSIM die organisatorischen Rahmenbedingungen so zu gestalten da8 Kommunikations Informations und Reflexionsprozesse unter den Projektmitarbeitern erleichtert werden Zur Unterstiitzung dieses Prozesses wurden von der wissenschaftlichen Begleitung deshalb konti nuierliche Fortbildungen org
247. mationen physikalischer und mathematischer Grundlagen Prinzipien sowie anwendungsbezogene Proze simulationen und auch reale Prozesse m ten integrierbar sein Neben der Ber cksichtigung ein zelner technischer Systeme w re auch die Modellierung und Simulation kompletter Produktionsprozesse auf unterschiedlichen Ebenen m glich Auf diese Weise w ren unterschiedliche Werkzeuge und Hilfsmittel f r organisatorische planende koordinierende steuernde berwachende war tende instandhaltende und informierende T tigkeiten verf gbar Eine sol che Lernumgebung w re geeignet f r die Vermittlung von Fertigungswis sen und Planungsf higkeit im weiteren Sinne Materialeigenschaften Zer spanungsproze Werkzeuge Werkzeugorganisation Materialplanung usw Offenheit des Simulators im Sinne freier Konfigurierbarkeit und Erweiterbarkeit sowie kooperationsf rdernde Kommunikationsm glich keiten zwischen verschiedenen Arbeitspl tzen w ren Forderungen die technisch erf llbar sein m ten Technisch k nnte eine solche Lernumge bung durch die Integration vorhandener wie auch neu zu entwickelnder Einzelkomponenten in ein interaktives Hypermediakonzept realisiert wer den vgl Abb 1 1 83 Hypermediagest tzte Simulationssysteme me nn er ern Entwicklungs Fertigung Planung Steuerungs system technik Selbstentwickelte CNC PPS SPS Simulatoren Simulations baukasten Abb 1 1 Hypermediagestiitzte Simulatio
248. mbination von Hypermedien mit Simulationen rechnergest tzte Lern umgebungen realisiert werden k nnen die besondere lernf rderliche Merkmale aufweisen 1 9 Literatur Achtenhagen F 1992 Lernhandeln in komplexen Situationen Neue Konzepte der betriebswirtschaftlichen Ausbildung Wiesbaden Aders A Ansel B 1990 Hypertext f r den Unterricht eine kritische Standortbestimmung In Gloor Streitz 1990 Arnold R Lipsmeier A Hrsg 1995 Handbuch der Berufsbildung Opladen Baumgartner P 1995 Didaktische Anforderungen an multimediale Lernsoftware In Issing L Klimsa P 1995 S 241 252 Baumgartner P Payr S 1994 Lernen mit Software Innsbruck Beeman W O Anderson K T et al 1987 Hypertext and Pluralism From Lineal to Non Lineal Thinking In Proceedings of the ACM Hypertext 87 Conference Chapel Hill NC 1987 pp 67 88 Berners Lee T et al 1992 World Wide Web The Information Uni verse Electronic Networking Research Applications and Policy Vol 1 No 2 Meckler Westport CT Spring 1992 BIBB Bundesinstitut fiir Berufsbildung Hrsg 1993 Multimediales Lernen in neuen Qualifizierungsstrategien Entwicklungstendenzen und L sungswege Niirnberg B hle K Riehm U Wingert B 1992 B cher ber Hypertexte und Hypertexte der B cher Erfahrungen aus einer Evaluation In Vor tragspapiere Hypersystem Konzepte in Medien und kultureller Pro duktion II L nebur
249. mensionen von Hypermedia im Vergleich zu Multimedia nicht oder nur unscharf thematisiert Im Rahmen eines wis senschaftlichen Diskurses halten wir eine Differenzierung zwischen Hy permedia und Multimedia f r unbedingt notwendig insbesondere wenn die didaktische Dimensionen dieser Konzepte untersucht werden sollen Bevor die konzeptionellen Grundlagen von Hypermedia dargestellt wer den soll kurz auf die historische Dimension von Hypertext bzw Hyper media eingegangen werden Die ersten Hinweise auf das Hypermedia Konzept wurden Mitte der vierziger Jahre gegeben Schon damals be schrieb Vannevar Bush in einem Artikel unter dem Titel As We May Think wie zuk nftige Techniken es erm glichen k nnten eine B cherei von ei 1 Vgl hierzu z B die Reihe Multimediales Lernen in der Berufsbildung des Bun desinstituts f r Berufsbildung Berlin BIBB Hrsg Holz H u a 55 ner Millionen Banden in einem desk zu komprimieren Er stellte sich ein System vor in das der Benutzer Informationen assoziativ eingeben und herausholen kann Bush 1945 In den sechziger Jahren konnten Engelbart 1963 und Nelson 1965 diese Ideen auf einem Rechner erstmalig reali sieren Den wirklichen Durchbruch schaffte das Konzept allerdings erst als kosteng nstige Systeme wie z B Hypercard oder sp ter dann ToolBook f r Personal Computer verf gbar wurden Man darf wohl mit Recht be haupten da nur wenig andere Programmierumgebungen einen derart be deut
250. methoden Pi Abstraktions ebenen N oy a H 2e GE Abb 1 3 Dimensionen der Integration hypermediabasierter Simulationsmodelle 86 Modellierung auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen Wesentliches Merkmal hierbei ist die Detaillierung von Sachsystemen durch Bildung von Modell Hierarchien vgl Zeigler 1990 Ein hierarchi sches Konzept beinhaltet da Teilmodelle eines zu simulierenden Systems wiederum Modelle sind Dieser mehrstufige Modellaufbau hat einen kom plexit tsreduzierenden Effekt Bewegt man sich in der Hierarchie abw rts erh lt man detailliertere Informationen ber Struktur und Funktion eines Systems w hrend man durch eine Aufw rtsbewegung ein tieferes Ver st ndnis ber die Bedeutung gewinnt Abb 1 3 Aus lernpsychologischer Sicht ist es lernf rderlich komplexe Lerninhalte auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen erschlie en zu k nnen Martin 1986 argumentiert genau in diesem Sinne wenn er folgendes feststellt Es ist nun ein Kennzeichen der konkreten technischen Systeme dieses Be reichs Mikrocomputertechnik D M da sie aufgrund ihrer Komplexit t nicht vollst ndig in einem Schritt erschlossen werden k nnen sondern da der Zugang nur stufenweise erfolgen Kann Das bedeutet da die Analyse und Beurteilung in mehreren Schritten auf unterschiedlichen Systemebe nen zu vollziehen ist Auf jeder Ebene der Analyse ergibt sich eine Reihe technischer Teilelemente deren Einzelverhalten
251. mgebungen en 33 Abb 2 LEHypermedian ea 57 Abb 2 2 Hypertext Hypermediastrukturen uuusessseeeesenenennnn 62 Abb 3 1 Hypermediagest tzte Simulationssysteme in Kombination mit vorhandenen Simulatoren essasesesiner veces 84 Abb 3 2 Modell eines Produktionsbetriebs als Hyperstruktur 84 Abb 3 3 Dimensionen der Integration hypermediabasierter Simulationsmodelle aresne en 86 Tab 3 gt 1 Mehrebenengimulauon euere 89 Abb 3 4 Mehrebenensimulation einer elektropneumatischen Selbstnalteschalune 2 ses ri 91 Abb 3 5 Mehrebenensimulation einer seriellen Schnittstelle 93 III EVALUATIONSKONZEPT Abb 1 1 Dimensionen der Software Evaluation een 109 Abb 1 2 Kriterienkatalog zur Dokumentation von Lernsoftware 113 Abb 1 3 Kurzdokumentation der Lernsoftware im World Wide Web 114 Tab 1 1 Evaluationsfelder und die entsprechenden Analysemethoden BZW strumenten crates as ose a are ea eee ee Ra 116 IV REALISIERUNG HYPERMEDIAGESTUTZTER SIMULATIONSSYSTEME PROTOTYPISCHE BAUSTEINE UND ANSATZE Abb 2 1 CNC Simulator een esnehs 132 Abb 2 2 Simulator f r Fertigungsplanung uccseenennnennn 133 Abb 3 1 System Diagramm einer Heizungsregelung 138 Abb 3 2 Proze simulation am Beispiel einer Heizungsregelung 139 Abb 4 1 Interaktives Buch na en 144 Abb 4 2 Konstruktion eines Zahnrades
252. mit Simulationen und kommt zu dem Ergebnis da Fachobersch ler die zuvor im Rahmen ihrer Berufsausbil dung Lehre schon mit Simulationen in hnlichen inhaltlichen Kontexten konfrontiert wurden erfolgreicher waren als andere Fachobersch ler die zuvor noch nicht mit Simulatoren gelernt hatten Allerdings f gt der Autor relativierend hinzu da nicht ausgeschlossen werden kann da die er folgreichen Gruppen durch eine gr ere Vertrautheit mit der Simulation oder das Behalten bestimmter Zusammenh nge gegen ber den anderen Gruppen Vorteile hatte In diesem Punkt w ren weitergehende Unter suchungen w nschenswert Kusch 1992 S 195 In einer Studie zur Bewertung von LKW Simulatoren hat Dieterich 1994 S 217 die Transferwirksamkeit von Simulatoren vor dem Hintergrund der sog Ahnlichkeitstheorie 3 untersucht In dieser Theorie wird davon ausge gangen da die didaktische Qualit t von Simulatoren von zwei hnlich keitsdimensionen abh ngt Erstens von der situativen hnlichkeit zwi schen Lern und sp terer Anwendungssituation und zweitens von der reaktiven hnlichkeit zwischen Lern und sp terer Anwendungshandlung Innerhalb dieser Dimensionen lassen sich spezifische Teilaspekte unter scheiden hinsichtlich derer quivalenzen von Lern und Anwendungs kontexten detailliert beurteilt werden k nnen Dieterich benennt folgende Aspekte von quivalenzen nach denen das Lernen mit Simulatoren qua litativ abgesch tzt
253. mmative 101 von Lernsoftware 104 Evaluationsfelder 109 Experiment 32 Experimentierumgebung 32 F Formalbildungstheorie 44 Forschungsmethoden 14 Action Research 15 Forschungsperspektiven 271 277 p dagogische Dimensionen 280 Framework hypermediabasiert 86 G Gegenst ndlich 69 Gegenst ndlichkeit 48 284 Gestaltung von Animationen 164 Groupware 72 H Handhabbarkeit von Hard u Software 255 Hard u Software Schwierigkeiten 197 Hard und Software Innovationszyklen 256 Howthorne Effekt 70 HTML 261 274 Hypercard 56 129 Hypermedia Siehe auch Hypertext Adaptierbarkeit 259 Autorensysteme 129 Browsing 63 67 Chunks 59 cognitive overload 254 Definition 57 Eigen Programmierung 256 Entwicklung 197 Entwicklungsaufwand 261 Entwicklungssysteme 129 Gestaltung u Programmierung 256 History Funktion 152 Informationsiiberflutung 254 Integrationsaspekt 86 Knoten 59 lernpsychologische Aspekte 64 links 59 M glichkeiten 82 Navigation 62 149 Navigationselemente 151 Navigationsproblematik 255 Nutzungsprobleme 73 Pfade 63 Portabilit t 260 Probleme 254 Programmieraufwand 261 semantische Verkn pfungen 59 Sprechblasen Hilfe 152 334 Strukturen 60 Unterrichtserfahrungen mit 183 Verkn pfungen 59 Hyperstrukturen 60 Hypertext Siehe auch Hypermedia Definition 56 Informations berflutung 73 Intelligence Information Interface 285 Interaktion 143 J Java Applet 144 K Kausalit t 36 Kausalit
254. mmt Konzeptionell entwickelt und durchgef hrt wurde die Fortbildung von der wissenschaftlichen Begleitung des Modellversuches vgl Kapitel V In der anschlie enden Phase wurden eigene Simulationssysteme entwik kelt unterrichtlich erprobt revidiert und dokumentiert Diese Vorgehens weise h rt sich zwar in sich schl ssig an aber es stellte sich schnell her aus da f r Eigenentwicklungen auf der Basis von ToolBook entgegen den Versprechungen der Anbieter von ToolBook grundlegende Pro grammierkenntnisse unbedingt erforderlich waren und da der Bedarf an Fortbildung von seinem Umfang her zun chst untersch tzt worden war Konsequenz einige Modellversuchsmitglieder schieden aus aber neue kamen hinzu so da letztendlich an jeder Schule 2 Kollegen im Modell versuch zusammenarbeiten konnten Insbesondere in der ersten Phase des Modellversuches traf sich die Pro jektgruppe einschlie lich der wissenschaftlichen Begleitung in etwa zwei w chigem Rhythmus Dank der Kooperationsbereitschaft an den Schulen konnte ber den gesamten Modellversuchszeitraum immer ein Wochentag stundenplantechnisch f r alle im Modellversuch mitarbeitenden Lehrkr fte freigehalten werden so da sich die gesamte Projektgruppe und die wis senschaftliche Begleitung in den am Modellversuch beteiligten Schulen treffen konnten Dieser Jour Fix war bei der Entwicklung eigener Simulationssysteme f r die Modellversuchsmitglieder von au erordentlicher Be
255. multiple explanations multiple analogies multiple dimen sions of analysis S 167 m glich sind Die aus der K nstlichen Intelli genz KI stammendenden Termini ill structured bzw well structured werden in kognitivistischen Ans tzen oft verwendet um Problemzust nde und Problem Transformationen danach einzuteilen ob diese gut definiert oder schlecht definiert sind Krause 1982 Auch Gloor 1990 S 152 charakterisiert beispielsweise das Browsing in Hypermedia Systemen vgl oben als eine Informationsfindungs Strategie die besonders gut geeignet sei f r unscharf definierte und unstrukturierte Probleme in einem Bereich der dem Benutzer unbekannt ist Zu vermuten ist da durch die relative Offenheit von Hypermedien im Vergleich zu an deren rechnergest tzten Lehr und Lernmitteln in der Tat eine flexiblere Nutzung m glich ist Ungekl rt ist allerdings ob diese Potentiale f r Ler 7 Zur Problematik der Verwendung dieser Begriffe im Kontext menschlicher Lernpro zesse vgl Schulmeister 1996 S 248f Anmerkung Wohlstrukturierte Probleme k nnen mit algorithmischen Verfahren gel st werden semistrukturierte Probleme mit Heuristi ken schlecht strukturierte Probleme erfordern kreatives Probleml sen W hrend Algo rithmen eine L sung garantieren sind Heuristiken Faustregeln die zwar h ufig aber nicht immer zum Ziel f hren vgl Forkel 1994 S 18f S 68 67 nende die mit neuen Wissensgebieten konfrontiert we
256. n Eversheim W Thome H G 1988 GISA Graphisch Interaktive Simu lation und Animation Simulation in der Werkstatt In CIM Management 2 88 Fishwick P A 1995b A Taxonomy fiir Simulation Modeling based on a Computational Framework Report tr95 019 Dept of Computer amp Information Science and Engineering University of Florida Gaines ville August 11 1995 Fishwick P A 1995 Simulation Model Design and Execution Building Digital Worlds Englewood Cliffs New Jersey Forkel M 1995 Kognitive Werkzeuge ein Ansatz zur Unterstiitzung des Probleml sens M nchen Wien 1995 Zugl Diss TU Berlin 1994 Issing L Klimsa P 1995 Information und Lernen mit Multimedia Weinheim Jonassen D H Wang S 1994 The Physics Tutor Integrating Hyper text and Expert Systems In Journal of Educational Technology Sy stems 1 22 1994 pp19 28 Keller Hartmut Stolz Horst Ziegler Andreas Virtual Mechanics Si mulation and Animation of Rigid Body Systems Universitat Stuttgart Fakult t Informatik Fakult tsbericht Nr 1993 08 38 Seiten englisch CR Klassifikation 1 6 8 Types of Simulation Lipsmeier A 1993 Individualisierung von Lernprozessen im Kontext multimedialen Lernens in der beruflichen Aus und Weiterbildung In Bundesinstitut f r Berufsbildung Hrsg Multimediales Lernen in neuen Qualifizierungsstrategien N rnberg S 179 187 Lipsmeier A 1996 Die neuere fachdidaktisch meth
257. n File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HY SIM Home Softwareliste Programmname Selbsthalteschaltungen in der Elektropneumat k Autor Peter Sch fer Schulzentrum Im Holter Feld Bremen Programmversion v 10 Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 60 KB gepackt zip Datei ca 200 KB entpackt besteht aus 2 Dateien Kurzbeschreibung Das Programm Paket Selbsthalteschaltungen in der Elektropneumatik besteht aus dem Programm SH Tast und SHSensor Mit den beiden Programmen k nnen Selbsthalteschaltungen mit Rollentastern bzw mit Reed Sensoren in der Elektropneumatk simuliert werden Im einzelnen bieten die Programme folgende M glichkeiten Erkl rung der Bauelemente Simulation der Schaltungen einschlie licher der Sondefunktionen der Schaltung mit Reed Sensoren Die einzelnen Elemente beider Schaltung und ihre Funktion lassen sich durch Anklicken mit der Maus erkunden Kurze Erkl rungen des Bauteils und seiner Funktion erscheinen im Kommentarfeld unter den Schaltpl nen Dar ber hinaus k nnen versch Schaltvorg nge simuliert werden Die dynamischen Elemente der Schaltungen werden dabei entsprechend visualisiert um die funktionallen Zusammenh nge deutlich zu machen Bildschirmfoto einschl Kurzanleitung zeigen Anwendungsgebiete Steuerungstechnik Pneumatik Technische Informatik Bemerkungen Das Programmpaket eignet sich besonders f r den Anfangsunterricht im Bereich S
258. n um externe Link Bibliotheken oder Applikationen einzubinden Erweiterbarkeit und Flexibilit t Insgesamt l t sich feststellen da die von uns eingesetzten Hypermedia Entwicklungssysteme Hypercard und ToolBook sehr gut f r die Prototypenentwicklung geeignet sind Wird ein solcher Prototyp im Sinne einer inkrementellen oder evolution ren Sy 135 stementwicklung weiter ausgebaut so ist zu vermuten da sich bei gr e ren Projekten der Zeitvorteil gegen ber anderen Entwicklungssystemen z B C Entwicklungsumgebung mit Applikation Framework signifi kant verringert Wie die Studien gezeigt haben markiert der CNC Simulator bereits die Grenze dessen was sinnvoll mit Hypermedia entwik kelt werden kann 2 4 Literatur Asymetrix Corporation 1991 OpenScript Benutzerhandbuch Wa shington USA Asymetrix Corporation 1991 ToolBook Benutzerhandbuch Washing ton USA 1991 Booch G 1991 Object Oriented Design with Applications Redwood Cal Frauenstein Th Pape U Wagner O 1990 Objektorientierte Sprach konzepte und Diskrete Simulation Berlin Heidelberg Gloor P A 1990 Hypermedia Anwendungsentwicklung Stuttgart Gloor P A Streitz N A Hrsg 1990 Hypertext und Hypermedia In formatik Fachberichte 249 Heidelberg Meyer B 1990 Objektorientierte Softwareentwicklung M nchen Riley F 1993 Understanding IT A Review of Hypermedia Authoring Packages University of Hull O
259. n Knickarmroboter vom Typ Mitsubishi Industrie Roboter RV MI 233 Abb 7 1 Roboter im AutoLab 7 2 Beschreibung der eingesetzten Software Aufgrund ihrer Bedeutung in beiden Unterrichtseinheiten gebe ich nach stehend eine Kurzbeschreibung des Programmpaketes COSIMIR und der Lernsoftware ROBBI Das Programm COSIMIR COSIMIR Cell Oriented Simulation of Industrial Robots ist ein Simula tionssystem fiir Roboter Arbeitszellen Mit COSIMIR kann ein Roboter zusammen mit seiner Arbeitsumgebung programmiert und simuliert wer den Roboter und die iibrigen Automatisierungskomponenten der Zelle in teragieren in der Simulation wie in der Realit t auch Sensorinformationen k nnen simuliert werden Nach der Modellierung der Arbeitszelle mit der Modellierungskomponente COSIMOD erfolgt die Darstellung in beliebig angeordneten Fenstern Die Programmierung der Roboter ist in verschie denen Sprachen wie z B IRL BAPS VAL H und MRL m glich Neue Roboteraufgaben k nnen mit dem Simulator zun chst offline simuliert und nach Fehlerkorrektur online auf den entsprechenden Roboter bertragen werden 234 COSIPAOG Ea ITT m oma a a Ba Pi I Pasa PF PI MARIEI RF oc 59 25 5 559 25555 Ei D h SS Se SS Ad hd roe eh i al ed Ld Pa en a l B hi bd Pa ri hd Fab siba sal sali a a a SsSc22S55o2 25502 25350 m TF PF 5 0 D 6 D D D 5 2 5 D D o D amp D TB COSIMIA E PAGACOS AR Flle
260. n Lehrkr ften selbst entwickelt und unterrichtlich erprobt wurden beschrieben Dabei stellen die einzelnen Autoren ihre didaktischen Intentionen dar und reflektieren ihre Erfahrun gen mit diesen Systemen im Unterricht Die Erfahrungsberichte und Einsch tzungen der beteiligten Lehrkr fte sind unter Ber cksichtigung eines Bewertungsrasters entstanden Dieses Be wertungsraster enth lt verschiedene qualitative Kriterien die im Evaluati onskonzept des Modellversuches detailliert beschrieben vgl Kap III und insgesamt den folgenden vier Problemfeldern zuzuordnen sind e Einsch tzungen zur didaktischen Wirksamkeit und Reichweite hy permediagest tzter Simulation aufgrund eigener Unterrichtserfahrun gen und R ckmeldungen von Sch lerinnen und Sch lern e Erfahrungen bei der Hard und Softwarenutzung im Unterricht e Erfahrungen aus der Eigenentwicklung von hypermediabasierten Lernprogrammen und e Einsch tzungen zur p dagogischen Effizienz hypermediabasierter Simulationssysteme im Vergleich zu anderen Lehr und Lernmedien Erprobt wurden die beschriebenen Vorhaben in f nf unterschiedlichen be ruflichen Bildungsg ngen mit sehr unterschiedlichen Lerngruppen und unter divergierenden Rahmenbedingungen Um diese Fallbeispiele leichter in den curricularen Kontext der einzelnen Bildungsg nge einordnen zu k nnen erfolgt zun chst eine kurze Zusammenfassung der einzelnen Vor haben 183 Lernsoftware Bildungsgang Unterricht
261. n Schaltungsaufbau vornehmen zu k nnen In der Weiterentwicklung der Einbindung der SPS in die E Pneumatik wurde dieser Aspekt schon weitgehend ber cksichtigt 4 6 Literaturhinweise Bruns F W M ller D Steenbock J 1995 Hypermediagest tzte Si mulationssysteme f r berufliche Schulen 3 Zwischenbericht zum Modellversuch Senator f r Bildung und Wissenschaft Bremen Gathmann H Sch fer P 1995 Unterrichtliche Erprobung und Weiter entwicklung der Lern und Simulationssoftware zur Elektropneumatik Speicherprogrammierbare Steuerung SPS In Bruns u a 1995 213 Wolfram Bock 5 Hypermediagestutzte Software zur Simulation eines Mikroprozessors Zum Einstieg in die Assembler Programierung wurde eine hypermediage st tzte Software zur Simulation eines Mikroprozessors EduCPU entwik kelt und im Bildungsgang Berufsfachschule Technische Assistenten innen f r Informatik erprobt Das Lernprogramm erm glicht die Programmie rung und Simulation einer Modell CPU im Zusammenspiel mit den bri gen Komponenten Kontroll Adre und Datenbus eines Computers Eingebaut ist ein symbolischer Assembler mit dem die ersten Versuche zur Programmierung der CPU unternommen werden k nnen Die vom Autor entwickelte Lernsoftware EduCPU soll das Lernen an komplexeren Realsystemen wie z B den in der beruflichen Bildung verbreiteten MFA Computer vorbereiten 5 1 Didaktische Aspekte Die Modell CPU ist didaktisch reduzier
262. n dem Arbeitsverzeichnis der Anwendung befinden Hardwarewngebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung ben tigt D M ller 6 2 1996 HYSDM Home Softwareliste HYSIM lt 3 59 Document Done MP Z 310 Anhang y4 Netscape HYSIM Zahnradpumpe Montage File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HYSDM Home Softwareliste Programmname Montage einer Zahnradpumpe Animationssequenzen zum Thema Zahnradpumpe Autor Eckhard Meier Uni Bremen Programmversionen Vers 1 Dateitransfer Die Originaldate umfa t 7 7 MB die dazugeh rige ZIP Datei 4 6 MB ZIP Datei vom Server laden Kurzbeschreibung In der Animation wird das Zusammensetzen einer Zahnradpumpe aus acht Einzelteilen dargestellt Begonnen wird mit den wichtigsten Bestandteilen den zwei ineinandergreifenden Zahnr dern In zwei weiteren Schritten folgt das Einsetzen der wier Laufbuchsen Abschlie end werden Boden und Deckel der Zahnradpumpe montiert Aufgabe dieser Animation ist die Visualisierung der wichtigsten Komponenten einer Zahnradpumpe und deren Zusammenspiel Sie kann als Vorstufe zu einer Prototypentwicklung betrachtet werden ra aam Ti Document Done MP Z 311 Anhang y Netscape HYSIM Zahnradpumpe Montage ioj x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Anwendungsgebiete Metalltechnik Konstruktion Simulation
263. n die M glichkeiten des Hypertext Konzeptes bei Doku menten die hierarchisch oder sogar netzwerkartig miteinander verkn pft werden Eine hierarchische Struktur eignet sich beispielsweise zur Repr sentation unterschiedlicher Ebenen der Abstraktheit Feink rnigkeit Gra nularit t und Bedeutsamkeit der Inhalte eines Gegenstandsbereichs Netzwerkartig verkn pfte Dokumente beinhalten die komplizierteste Struktur Hier k nnen Informationen mit komplexen Querbeziehungen zwischen einzelnen Informationsbl cken erfa t werden Diese Dokumente entsprechen der Struktur von ungerichteten zyklischen Graphen Das Ge samtgebilde aus Knoten Verkn pfungen und Pfaden wird auch als Web engl f r Netz bezeichnet Aus dieser komplexen Struktur heraus k nnen allerdings betr chtliche Orientierungsschwierigkeiten sowohl des Autors als auch des Lesers eines solchen Dokumentes entstehen mationsknoten bestehenden semantischen Beziehungen eine Rolle spielen und explizit spezifiziert werden vgl Kuhlen 1991 61 Abb 1 2 Hypertext Hypermediastrukturen Sequentiell 1 hierarchisch 2 u vernetzt 3 Obwohl Hypertext Systeme urspr nglich als isolierte Systeme verwendet wurden ist es heute vielfach m glich zuvor mit anderen Programmen er stellte Text und Grafikdaten zu importieren Eine weitere Perspektive be trifft die Integration von vollwertigen Spezialappliaktionen unter einer einheitlichen Oberfl che bzw Vernetzung von Dokument
264. n einen effektiven sch lerzentrierten Unterricht erm glichen 223 Im 3 Zwischenbericht des Modellversuchs ist ein ausf hrlicher Erfah rungsbericht erschienen J ger Buschart 1995 S 110ff Hier sollen die wesentlichen Ergebnisse zusammengefa t werden Das in diesem Lernzu sammenhang neue Medium hat die Motivation der Sch lerinnen und Sch ler bei der Arbeit gef rdert Es herrschte in beiden Sch lergruppen eine sehr konzentrierte Arbeitsatmosph re Es traten nur geringe Schwie rigkeiten bei der Arbeit mit dem Lernsystem auf In beiden Arbeitsgruppen wurde das wesentliche Ziel den Umgang mit einem Hochvakuumpum penstand zu erlernen erreicht Die Sch lerinnen und Sch ler konnten nach dem Durcharbeiten der animierten Bedienungsanleitung und einigen Versuchen mit dem Simulator den Pumpenstand weitgehend selbst ndig bedienen Dies gilt sowohl f r die Gruppe die der Autor leitete als auch f r die Gruppe die von einer Kollegin betreut wurde die nur eine kurze Einf hrung in das Lern und Simulationssystem erhalten hatte Im Vergleich zu fr heren Jahren zeigte es sich da die Sch lerinnen und Sch ler sehr viel schneller einen sicheren Umgang mit dem Pumpenstand erreicht und auch die Funktionsweise des Pumpenstandes besser verstan den hatten Dies lag auch daran da die Sch lerinnen und Sch ler ihre schriftlichen Unterlagen mit Hilfe des Lernsystems selbst vervollst ndigen konnten Die Gruppen die den Pumpenstand erst
265. n und Lernen naturwis senschaftlicher Lerninhalte Untersuchungsergebnisse auf der Basis unterrichtsbezogener Fallstudien ber die didaktische Wirksamkeit rechnergestiitzter Simulatoren in der be ruflichen Bildung liegen kaum vor Die wenigen durchgefiihrten Studien in diesem Bereich deuten darauf hin da Simulationsprogramme als interes sant und anregend empfunden werden dazu beitragen Lernprozesse zu effektivieren und Ausbildungskosten zu reduzieren Kusch 1992 Kummer 1990 Roy 1995 Allerdings werden auch die Grenzen der rechnerge st tzten Simulation sowie konzeptionelle und technische M ngel vorhan dener Systeme deutlich Eigene Erfahrungen st tzen diese Ergebnisse vgl B ck M ller 1990 M ller 1991a 1991b Didaktische Argumente f r oder gegen das Lernen mit rechnerbasierten Simulatoren lassen sich viele nennen Im folgenden werden wir einige uns besonders wichtig erscheinende Aspekte vor dem Hintergrund aktueller Forschungsergebnisse diskutieren 1 2 Lernpsychologische und didaktisch methodische Aspekte zum Lernen mit rechnerbasierten Simulationen Lernpsychologische und didaktisch methodische Begr ndungen zum Ler nen mit Simulatoren basieren auf unterschiedlichen Theorien Konzepten und Hypothesen Lernprozesse mit Simulatoren enthalten Elemente des Probleml sens des entdeckenden Lernens und des handlungsorientierten Unterrichts Da Simulationen sui generis das Generieren und Testen von Hypothesen erfordern finden
266. n unverzichtbar f r den Unterricht Auch andere lernpsychologische sowie didaktisch methodische Gesichtspunkte sprechen f r den Einsatz von Simulationen im Unterricht Weiterhin wurde deutlich da Hypermedien qualitativ neue Funktionalit ten zur Unterst t zung von Lehren und Lernen bereitstellen und damit erweiterte Perspekti ven zur Entwicklung und Nutzung modularer leicht erweiterbarer Soft warewerkzeuge er ffnen Hierzu z hlen insbesondere e M glichkeiten der Integration einzelner Spezialapplikationen innerhalb einer homogenen Umgebung mit einer konsistenten Benutzungsoberfl che e M glichkeiten der nicht sequentiellen Verkn pfung von Daten e M glichkeiten der Einbindung verschiedener zeitunabh ngiger Medien Text 2D 3DGrafik sowie zeitbasierter Medien Video Audio Ani mation e M glichkeiten einer benutzerorientierten Anpassung der Software an neue Anforderungen tendenzielle Aufhebung der Trennung zwischen Softwareanwender und entwickler Die Idee Hypermedia als eine Basistechnologie zur Entwicklung didakti scher Simulations Werkzeuge zu verwenden fu t dementsprechend auf der These da Hypermedien spezifische technische und didaktische M g lichkeiten er ffnen die genannten Defizite bei Simulationssystemen zu reduzieren Wir gehen deshalb davon aus da durch die Kombination von Simulation und Hypermedien rechnergest tzte Simulationsumgebungen realisiert werden k nnen die besondere lernf rder
267. n zur Robotik vgl 233ff werden zwei kommerziell ver f gbare Robotersimulationssysteme in Verbindung mit hypermedia basierter Lernsoftware in der unterrichtspraktischen Erprobung vorgestellt In der bisher ver ffentlichten Theorie zu Hypermedia wird selten Bezug auf unterrichtspraktische Erfahrungen genommen Vor dem Hintergrund der im Modellversuch HYSIM zu untersuchenden Fragestellungen vgl Kap I 1 I 2 werden deshalb unterrichtsbezogene Erfahrungen und Ein sch tzungen zum Einsatz hypermedialer Software in Kombination mit her k mmlicher Lernsoftware dargestellt 186 Kurt Eblinger G nther Gr ger Pierre Tussinger 2 Hypermediasystem zum Thema Serielle Schnittstelle Das Hypermediasystem zum Thema Serielle Schnittstelle wurde f r den Einsatz in der Fachstufe Kommunikationselektronik konzipiert und reali siert vgl Gr ger Tussinger 1995 Es eignet sich aber auch f r den Ein satz in anderen beruflichen Bildungsg ngen besonders f r die Lern bereiche Interfacetechnik und Programmierung Die Anwendung besteht aus einem Hypertext Modul zur Vermittlung der grundlegenden Kenntnis se in der digitalen Daten bertragung Mit Hilfe von Simulationen kann dar ber hinaus das Prinzip serieller Daten bertragung veranschaulicht werden Mit einem weiteren Modul kann die Anbindung eines Interface Bausteines an den Prozessor simuliert und entsprechend visualisiert wer den vgl Abb 2 1 Dar ber hinaus ist es m glich die Ste
268. nach stehende Tabelle vgl Tabelle 1 1 gibt eine bersicht ber die an den einzelnen Schulen beteiligten Bildungsg nge und Sch lerzahlen Zu Be ginn des Modellversuches stellte sich die Situation an den oben genannten Schulen wie folgt dar 1 Ausstattung bezogen auf Hard und Software In allen beteiligten Schulen waren PC der Generation 386 und lter vorhanden allerdings in der Regel nicht in gen gender Anzahl in unterschiedlichster hard und softwarem iger Konfiguration und h ufig untergebracht in sogenannten Rechnerr umen Simulations Software existierte an einigen Schulen in den Bereichen CNC Fertigung und SPS 2 Erfahrungen und Kenntnisse der beteiligten Lehrer bezogen auf Simu latoren Sie basierten auf der unterrichtsbezogenen Anwendung des engen Bereiches kommerziell angebotener Simulations Software Erfahrungen aufgrund eigener Entwicklungen gab es nicht Die Mehrzahl der Modell versuchsmitglieder verf gte ber grundlegende Kenntnisse im Program mieren Berufsschule f r Elektrotechnik Schulzentrum des Sekundarbereichs II Im Holter Feld Schulzentrum des Sekundarbereichs II Utbremen Schulzentrum des Sekundarbereichs II Vegesack Bildungsgang Klassen Sch lerzahl Kommunikations elektroniker in Industriemechaniker in der Fachrichtungen Betriebstechnik Maschinen und Systemtechnik Produktionstechnik Physikalisch technische r Assistent in Techn Assistent in f r Informati
269. nd Lernen Handlungsaspekte und Lernorganisation Leistungsbewer tung 2 Softwareentwicklung Erfahrungen aus der Eigenentwicklung von hy permediabasierten Lernprogrammen Prototypenentwicklung ber sichtlichkeit Adaptierbarkeit Portabilit t 3 Aufwandsanalyse Analyse und Einsch tzung des Aufwands und der Effizienz Entwicklungsaufwand konomische Aspekte Gemeinsames Merkmal fast aller dieser Komplexe ist da zu Beginn des Modellversuches die jeweilige Ausgangssituation dokumentiert wurde und sp ter die Ver nderungen im Verlaufe des Vorhabens festgehalten wurden Im folgenden erfolgt eine kurze Bilanzierung dieser sechs Evaluationsfel der 1 Aktueller Projektverlauf unter Ber cksichtigung der gesetzten Zielset zungen Die Informationen zum aktuellen Projektverlauf wurden jeweils von den schulischen Projektmitarbeitern sowie von der wissenschaftlichen Begleitung dokumentiert Die entsprechenden Dokumentationen sind in den verschiedenen Zwischenberichten zum Modellversuch zu finden vgl Zwischenbericht I S 5 14 II S 6 10 III S 6 12 110 2 Durchgefiihrte Lehreraus und Lehrerfortbildungen sowie die im Pro Jekt veranstalteten Workshops und Seminare Wie schon mehrfach betont war es notwendig ein intensives Fortbildungsprogramm durchzuf hren Die Konzeption der im Modellversuch durchgef hrten Lehrerfortbildun gen Seminare usw ist im Kap V beschrieben Hier finden sich auch Er fahrungen und Erkennt
270. nd Gestaltung von Interaktiven Systemen Arbeiten an eigenen Unterrichtsprojekten Entwurf Implementierung Integration von Multimedia in das Autorensystem ToolBook Grundlagen Multimedia f r Windows Multimedia ToolBook Beispiele Tabelle 4 III Kurs Hypermedia Autorensysteme II Blockseminar Konzepte Erfahrungen Perspektiven I 177 Das erste Blockseminar diente in erster Linie dazu die Teilergebnisse der Modellversuchsarbeit aus den einzelnen Arbeitsgruppen allen Projektmit arbeitern zug nglich zu machen und Raum f r einen intensiven Erfah rungsaustausch zu bieten Hier konnten dann auch berufsp dagogische und fachdidaktische Probleme vor dem Hintergrund der durchgef hrten Soft wareentwicklungen und Unterrichtsvorhaben ohne Zeitdruck problemati siert und reflektiert werden Dar ber hinaus wurden geplante Unter richtsprojekte vorgestellt Inhalte Zeit h Ergebnisse der bisherigen Modellversuchsarbeit Didaktische Aspekte von Simulation und Hypermedia Vorstellung von Unterrichtsprojekten Vorstellung hypermedialer Lernsoftware Planung der weiteren Modellversuchsarbeit On wolrmy Abschlu diskussion NINI INIA OIN Tabelle 5 I Blockseminar Blockseminar Konzepte Erfahrungen Perspektiven II Das zweite Blockseminar sollte der Konsolidierung der bisherigen Arbeit innerhalb des Projekts dienen und Perspektiven aufzeigen wie die g
271. nd Sensoren ber eine Schnittstelle mit einem Rechner gekoppelt werden Die erstellte Software ist in ihren Grundz gen f r eine solche Pro ze kopplung ausgelegt Die Abb 3 2 zeigt die Proze simulation die ein zelnen Temperaturanzeigen werden jeweils in verschiedenen Fenstern vi sualisiert Ein Aus Bedienkonsole Statusanzeige schalter Kessel Kessel Raum 1 Raum 2 Raum 3 Abb 3 2 Proze simulation am Beispiel einer Heizungsregelung 139 3 2 Erfahrungen mit Smalltalk 80 Unsere Erfahrungen mit Smalltalk sind zwiesp ltig Einerseits ist das Grundkonzept von Smalltalk klar und m chtig viele Probleml sungen aus dem Bereich der Simulation k nnen elegant und einfach auf den Rechner er erscheint hier als Smalltalk 80 Maschine bertragen werden Anderer seits ergeben sich bei Implementierung komplexer Probleml sungen doch Probleme besonders bez glich der Handhabbarkeit des Smalltalk Sy stems Einige wichtige Punkte sollen im folgenden n her erl utert werden In Smalltalk 80 ist die Semantik vieler System und Standardklassen meist nur in Form von Kommentaren im Quelltext des Smalltalk Systems selbst beschrieben ein intuitives Verst ndnis wird vorausgesetzt Die Funktiona lit t der verschiedenen Nachrichten ist h ufig nur durch kleine Beispiele charakterisiert endg ltige Klarheit liefert dann nur ein Blick in die Im plementierung Dar ber hinaus kann Smalltalk 80 nicht als eine fest defi nierte Programmiers
272. nd risikoloses Probehandeln ist m glich Dabei ist es wichtig da die Auszubildenden die Vorg nge nicht nur demonstriert bekommen sondern selbst mit dem Simulationsprogramm arbeiten und experimentieren Das in der Lernsoftware integrierte Hypertext System erm glicht dem Lernenden sich das notwendige Basiswissen f r das Ver st ndnis der Schnittstelle entsprechend den vorhandenen Vorkenntnissen selbst anzueignen Dies schafft auf der einen Seite Spielraum f r den Ler nenden andererseits mu sich der Sch ler zwingen Informationen zu su chen und zu sammeln Das Gefundene mu strukturiert und berfl ssiges und Unwichtiges aussortiert werden Lernorganisation Sch leraktivit ten bedeuten nicht automatisch da die angestrebten Lern ziele auch erreicht werden Die Erfahrungen zeigen da dies in besonders hohem Ma e f r den Einsatz kommerziell angebotener Computerpro gramme gilt wo der Umgang mit Software in letzter Konsequenz allzu leicht in Aktionismus ausartet ohne entsprechenden Kenntnisgewinn Daher werden die Unterrichtseinheiten von Arbeitsbl ttern begleitet in denen von den Lernenden Erg nzungen vorzunehmen bzw Aufgaben zu l sen sind Wenn dies auch auf den ersten Blick eine gewisse Einschr n kung der eigenverantwortlichen Lernplanung der Sch ler zu bedeuten scheint so bleibt durch den grunds tzlichen Aufbau des Hypertext Systems und der Simulationssoftware noch gen gend Spielraum f r Part nerarbeit und i
273. nden Relationen den netzar tigen Strukturen menschlicher Wissensstrukturen n her kommen als tradi tionelle lineare Datenbankstrukturen Insofern kann davon ausgegangen werden da die F higkeit des menschlichen Gehirns Informationen nicht rein sequentiell sondern selektiv und assoziativ zu verarbeiten mit Hilfe von hypermedialen Anwendungen zumindest positiv unterst tzt werden kann 66 1 6 2 Kognitive Flexibilitat Eine weiteres Argument f r die Lernf rderlichkeit von Hypermedia resul tiert aus den theoretischen Annahmen von Spiro und Jehng 1990 beziig lich des Erwerbs kognitiver Flexibilit t Die Autoren beschreiben Kogniti ve Flexibilit t als Ziel und Element fortgeschrittenen Lernens advanced learning Kognitive Flexibilit t beinhaltet eine situationsgerechte sowie flexible Nutzung von Wissen Aufgrund experimenteller Untersuchungen kommen Spiro und Jehng 1990 zu dem Ergebnis da Hypermedia Systeme sich besonders f r das Lernen in ill structured domains eignen in denen kognitive Flexibilit t gefordert aber auch herausgebildet werden kann Hypermedia Systeme seien best suited for advanced learning for transfer application learning goals requiring cognitive flexibility in complex and ill structured domains rather than introductory learning S 167 Die Autoren begr nden ihre These damit da Hypermedia dem Benutzer vielf ltige Verkn pfungsm glichkeiten und Perspektiven bieten und hierdurch
274. ndere bei Lernsoftware die wesentlich hyperme diale Strukturen aufwies als relativ schwierig Inwieweit dadurch tats ch lich Lernprozesse behindert oder vielleicht nur in andere vom Lehrer nicht mehr zu kontrollierende Bahnen gelenkt wird k nnen wir an dieser Stelle nicht beurteilen Aus unseren Ergebnissen kann dementsprechend nicht gefolgert werden man k nne mit Hilfe moderner hypermedialer Software in jedem Fall bes ser als mit anderen Medien Selbstlernprozesse initiieren Unsere Befunde sprechen teilweise dagegen eine Differenzierung im Hinblick auf Inhalte Bildungsg nge usw erscheint in jedem Fall notwendig Im brigen war es nie erkl rte Absicht im Modellversuch Lernsoftware im Sinne tutorieller Lehrsysteme die Teile der Lehrerarbeit substituieren 251 sollen einzusetzen Obwohl einige P dagogen im Rechner auch heute noch einen menschen hnlichen Tutor sehen halten wir dies aus vielerlei Gr nden f r berholt und p dagogisch unsinnig vgl Lusti 1992 1 4 Probleme bei der individuellen F rderung einzelner Sch ler Besondere Aufmerksamkeit erfordert die Nutzung von Lernsoftware in denjenigen F llen in denen die Lerngruppen sehr innomogen zusammen gesetzt sind die Lernfortschritte bei schwachen bzw leistungsstarken Sch lern entwickeln sich hier sehr divergent und verst rken unter Umst n den das Leistungsgef lle innerhalb der Gruppe Polarisierung Dieses Ph nomen zeigt da der Umgang mit Re
275. ndet werden Dieser Schritt zu mimetischeren Darstellungsformen wurde zur Zeit unserer Planungen ca 1992 schon bei Computerspielen und aufwendigen Animationen verwendet und ist heute durch neue Techniken und Standards wie z B VRML vgl Summit Summit 1996 fast schon selbstverst ndlich geworden Erste experimentelle Schritte f hrten dazu dreidimensionale Darstellungen in unterschiedlichen Abstraktions bzw Konkretionsstufen zu entwerfen und als Hypertext und interaktive Animationen auszuprobieren Die erste Stufe bestand in berwiegend linear gehaltenen dreidimensionalen Illu sionsbildern zwischen und in denen man verzweigen und wandern kann das hei t die nicht nur eine optische sondern auch eine funktionale Tiefe haben in einer zweiten Stufe haben wir denselben Proze mit fotografi schen Bildern einer wirklichen Werkstatt dargestellt 5 3 Ergebnisse Der Versuch ein universelles Framework zu entwickeln welches f r wei tere im Verlaufe des Projektes zu implementierende Hypermedia Anwen dungen ohne aufwendige Anpassungsarbeiten genutzt werden konnte ist nicht gelungen Die Gr nde hierf r liegen in den technischen Beschr n kungen skriptbasierter Hypermedia Entwicklungssysteme Zu nennen sind hier z B folgende Restriktionen e Es bestehen nur reduzierte M glichkeiten der Datenkapselung und Modularisierung innerhalb von Anwendungen e Die Erweiterung der vorgegebenen Objekthierarchie ist kaum m g lich e E
276. ndividuelles Arbeitstempo Die Handlungssituation selbst wird zur bungsaufgabe f r den Sch ler Ein weiteres Lernziel ist die ei genst ndige Ergebnisdokumentation Da der Lehrer nur bei Bedarf allge meine Erkl rungen abgeben mu steht er den schw cheren Sch lern f r Hilfestellungen zur Verf gung 189 Um den Zugriff auf die Lernsoftware zu verbessern und individuelles Ler nen zu erleichtern wurde die Lernsoftware im lokalen Rechnernetz der Schule installiert Diese Zugriffsm glichkeit aller Lehrk fte auf die Soft ware via Schulnetz sowie die zus tzliche Bereitstellung von fertigen Un terrichtseinheiten mit den entsprechenden Begleitmaterialien Arbeitsbl t tern usw hat sich als u erst n tzlich erwiesen Die Simulation zur seriellen Schnittstelle wurde und wird in der Berufsschule f r Elektrotech nik im Bereich der Kommunikationselektronik von zahlreichen Kollegen eingesetzt Leistungsbewertung In einer Zeit in der sich Wissen alle 5 Jahre verdoppelt mu die Lei stungsbewertung dieser Entwicklung Rechnung tragen Es m ssen neue Formen entwickelt und erprobt werden Da der Zugang zu Informationen zunehmend vereinfacht wird treten die bisher blichen Qualifizierungs merkmale die sich auf die ged chtnism ige Verf gbarkeit von Wissen beziehen immer mehr in den Hintergrund Die F higkeit sich den Zugang zu den Informationen zu beschaffen sie zu strukturieren bewerten und anzuwenden mu auch bei der Lei
277. nearen Struktu ren organisiert sei Kuhlen 1981 S 182 In neueren Ver ffentlichungen setzt sich Lipsmeier einer der wenigen Berufsp dagogen auch mit den M glichkeiten von Hypermedia Konzepten f r die berufliche Bildung auseinander Lipsmeier 1993 S 184 1995 S 67 Bezugnehmend auf die Strukturtheoretische Technik didaktik sieht er besondere lernf rderliche Momente in hypermedialen Lernsystemen weil diese hilfreich seien beim Auf und Ausbau orientie rungs und handlungsleitender Strukturen Implizit ein Pl doyer f r die Korrespondenzthese Auch B hle Riehm und Wingert weisen in einer Analyse von verschiede nen Hypertexten auf diese These hin da die netzwerkartige Organi sation von Inhalten in Hypertexten den kognitiven Verarbeitungsprozessen beim Menschen angemessener sei als die traditionelle lineare Pr sentation von Ideen in gedruckten Medien B hle Riehm Wingert 1992 S 12 6 Die Strukturtheoretische Didaktik hat zwei elementare Bezugssysteme n mlich die Wissenschaften in ihren Strukturiertheiten und die Kognitionspsychologie Entwicklung kognitiver Strukturen vgl Achtenhagen 1992 S 6 Witt 1992 65 In gewisser Weise steckt in der Korrespondenzthese eine Analogiesierung von kognitiven Strukturen und Hypertext Strukturen Diese These weist Ahnlichkeiten zu konnektionistischen Modellen auf Rumelhart McClel land 1986 McClelland Rumelhart 1986 die Lernen mit Hilfe selbstmodi fi
278. nen Lernziele und im Hinblick auf die aktu elle Verst ndlichkeit verst ndlich f r die mit spezifischen Lernvorausset zungen ausgestatteten individuellen Lernenden erfolgen sollte Die Allgemeine Modelltheorie von Stachowiak bietet f r die transforma tionelle Gestaltung und didaktische Beurteilung von Simulatoren einen entsprechenden theoretischen Bezugsrahmen Durch die Explizit t des in der Allgemeinen Modelltheorie entwickelten modelltheoretischen Be griffsapparats ist es m glich die einzelnen Momente der Modellkonstruk tion Modellrepr sentation sowie des sonstigen operativen Umgangs mit Modellen genauer zu fassen M hlenbrock hat in Anlehnung an Stachowiaks Modelltheorie ein didakti sches Transformationskonzept entwickelt welches auch in diesem Zu 2 Didaktische Transformation ist die Abbildung eines vorgegebenen als lernrelevant ausgewiesenen Wissenschaftsinhaltes Transformandum in einen vereinfachten f r Sch ler verst ndlichen Lerninhalt Transformat unter Ber cksichtigung rezeptiver und 26 sammenhang von Bedeutung ist vgl M hlenbrock 1979 Bemerkenswert sind dabei insbesondere M hlenbrocks Gedanken zur Entwicklung und Darstellung von Transformationsregeln im Zuge dessen er f nf Formen m glicher Abbildungsf lle zusammenstellt S 163ff Mit den didaktisch pr terierten Inhaltselementen macht M hlenbrock in Anlehnung an Sta chowiak deutlich da es bei jeder Modellbildung Attribute des Origin
279. nen mu auch in der Simulation zun chst die korrekte Farbe des Kabels gew hlt werden bevor die Leitungsverbindun gen mit der Maus gesetzt werden k nnen Sind alle Verbindungen des Stromlaufplans hergestellt kann der Schalter S1 durch Anklicken ge schlossen werden das Wegeventil wird geschaltet und der Zylinder f hrt aus Zur Unterst tzung Kann durch die Positionierung des Mauspfeils auf Teile des Stromlaufplans die L sung eingeblendet werden Auf der n chsten Seite der Lernsoftware k nnen die gewonnen Kenntnisse dann verwendet werden um statt eines einfachen Schalters die Steueraus g nge einer SPS zu verwenden vgl Abb 3 2 In der Simulation befindet sich dazu eine Abbildung der im Unterricht verwendeten SPS einschlie lich der notwendigen Bedienelemente Schalter Eing nge Ausg nge usw die mit der Maus angesprochen werden k nnen Wird beispielswei se der RUN Schalter angeklickt erfolgt die Ausf hrung des SPS Steuerprogramms mit Hilfe der Simulation Auf der vierten Seite der Lernsoftware kann durch das Zeichnen eines Weg Schritt Diagramms die Folgesteuerung von drei Zylindern grafisch programmiert werden vgl Abb 3 3 Soll der Zylinder ausgefahren wer den wird das obere Linienst ck 1 des jeweiligen Taktes 0 4 mit der Maus angeklickt soll der Zylinder einfahren mu das untere Linienst ck 0 des Taktes angeklickt werden Eine anschlie ende Simulation verdeut licht die Verbindung vom Weg Schritt Diagr
280. nen im Umfeld neuer Technologien Frankfurt am Main u a Duffield J A 1991 Designing computer software for problem solving instruction In Educational Technology Research and Development 1 39 pp50 62 Dutke S 1994 Mentale Modelle Konstrukte des Wissens und Verste hens G ttingen 1994 Edelmann W 1993 Lernpsychologie Weinheim Eicker F 1983 Experimentierendes Lernen Ein Beitrag zur Theorie be ruflicher Bildung und des Elektrotechnikunterrichts Bad Salzdetfurth Erbe H 1992 Simulation versus Lernen im Arbeitsproze im gewerb lich technischen Bereich Referat am 13 DGfE Kongr III Symposi um Berufs und Wirtschaftsp dagogik 17 3 1992 FU Berlin Fischer M 1996 berlegungen zu einem arbeitsp dagogischen und psychologischen Erfahrungsbegriff In Zeitschrift f r Berufs und Wirtschaftsp dagogik Heft 3 Forbus 1984 Qualitative Process Theory In AI Journal Vol 24 1984 pp 85 168 Hartog R 1989 Qualitative Simulation and Knowledge Representation for Intelligent Tutoring In Maurer H ed 1989 Computer Assi sted Learning Proceedings 2 Int Conf ICCAL Lecture Notes in Computer Science 360 Berlin Heidelberg pp193 213 Hass J 1979 Experimentalunterricht in der Berufsschule Diss Ham burg Heidegger G Gerds P Weisenbach K Hrsg 1988 Gestaltung von Arbeit und Technik ein Ziel beruflicher Bildung Frankfurt Hoppe M Pahl J P 1987 Simulator Ausbi
281. ng Bemerkungen of Hardwareumgebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows Es wird ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung ben tigt Ferner ist es n tig das Programm Microsoft Winword mit der Dateierweiterung DOC assozuert zu haben Fj Document Done May Z 325 Anhang gt t Netscape HYSIM Ubungen 4 File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help HY SIM Home Softwareliste Programmname bungen 4 MCI Demonstration Autor Ea Schmudlach Uni Bremen Programmversion 1 Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 50 KB gepackt zip Datei Die gepackte Datei enth lt mehrere Dateien Kurzbeschreibung Dieses bungsbeispiel erlaubt das Abspielen von MCI Kompatiblen Medien Media Control Interface An den Beispielen WAVE Audio und AVI Animation werden exemplarisch einige MCI Befehle vorgef hrt und bei Bedarf in die Zwischenablage kopiert Anwendungsgebiete Toolbook Programmerung MCI Programmierung Bemerkungen Dem Programmbeispiel sind Multimediaerweiterungen f r Asymetrx Toolbook 1 52 beigelegt Diese m ssen sich in dem gleichen Verzeichnis befinden wie das Programmbeispiel Sollten keine MCI kompatiblen Ger tetreiber vorhanden sein m ssen diese installiert werden Hardwarewngebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows Es wird ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung ben tigt Es sollte Video for Windows VEW einschl
282. ng der Antinomie von Spiel und Ernst die anthropologische Basis der motivierenden Wirkung von Simulation S 218f Im einzelnen liegt so Dieterich die motivierende Wirkung der Simulation in folgenden Faktoren begr ndet Physiologische Aktivie rungsmotive Selbstausdruck Selbststeigerung und kognitive Motive Physiologische Aktivierungsmotive basieren darauf da Simulatoren Ler nende zur k rperlichen Aktivit t eher herausfordern als andere Lernfor men Dies gilt insbesondere f r Simulationssysteme die mit multisensori schen dem Original entsprechenden Ein und Ausgabeschnittstellen versehen sind wie Flug und Fahrsimulatoren Wie Dietrich in einer Studie zur LKW Fahrsimulation nachgewiesen hat beg nstigen geeignete Simu latoren handlungsintensive Aktivit ten des Lernenden und f rdern auf die se Weise eine funktionale Art von Stre die Handlungsbereitschaft be g nstigt und in der Lernhandlung wieder bew ltigt wird S 219 In Simulatoren wird immer auch die Wirkung eigenen Handelns abgebil det Ein Druck auf den Startknopf eines Roboter Simulators entscheidet beispielsweise dar ber ob Werkst cke korrekt mit dem Roboter plaziert werden oder ob es zu Kollisionen und Zerst rungen kommt Hierdurch hat der Lernende die M glichkeit Dinge nicht nur intellektuell zu beherr schen sondern sie auch physisch real zu kontrollieren Ereignisse nicht nur kognitiv zu verstehen sondern zu bewirken und zu verursachen Das Be
283. ng der Perspektive nur in sehr geringem Ma auf standardisierte In strumente der Informationserhebung und auswertung zur ckgreifen Auch ist ein f r alle Phasen des Modellversuchs gleichartiges Vorgehen nicht sinnvoll Dementsprechend wurden bei der Erhebung Dokumentation In terpretation und Bewertung der zu evaluierenden Problemfelder in den einzelnen Projektphasen sehr unterschiedliche Methoden und instrumente eingesetzt Im allgemeinen kam eine Kombination von Er hebungsverfahren zur Anwendung Fallstudien themenzentrierte Gruppendiskussionen Expertendiskussionen und teilnehmende Be obachtung Die Auswertung erfolgte qualitativ Selbstreflexion und R ck kopplungen waren systematischer Bestandteil der Evaluation vgl ber sicht auf der n chsten Seite Eine ganz zentrale wissenschaftliche Fragestellung innerhalb des Modell versuches bestand darin die didaktische Reichweite des Einsatzes hyper mediagest tzter Simulation in der beruflichen Bildung f r den gewerblich technischen Bereich zu erforschen Dabei ging es einerseits um die p d agogischen Implikationen des experimentellen Lernens mit hypermediaba sierten Simulatoren im Unterricht der Berufsschule Andererseits sollten die M glichkeiten und Grenzen einer benutzerorientierten unterrichtbezo genen Lernsoftwareentwicklung mit Hilfe von Hypermedia Entwick lungssystemen untersucht werden vgl Kap I Beide Komplexe bildeten also wichtige Untersuchungsbereiche d
284. ngert Die Strukturierungsm glichkeiten und die Einschr nkungen von scriptorientierten Anwendungen sowie die momentan zur Verf gung stehenden Entwicklungswerkzeuge Editor Debugger deuten sogar darauf hin da die Zeitersparnis gegen ber der Entwicklung mit anderen objekt orientierten Programmiersprachen signifikant abnimmt Objektorientierung Die Anwendungsentwicklung wird durch die M glichkeit einer bersicht lichen Strukturierung der Softwaremodule erleichtert Eine unverzichtbare Methode stellt dabei die Objektorientierung dar Die Vorteile der Objekt orientierung sind unumstritten und auch Hypermediasysteme bieten ob jektorientierte Konzepte f r die Entwicklung an Im Rahmen des Modell versuches haben wir deshalb auf diesen Aspekt besonderen Wert gelegt und untersucht inwieweit Hypermediasysteme einen objektorientierten Entwurf unterst tzen Wir kommen dabei zu folgender Einsch tzung Die objektorientierte Erstellung von Anwendungen auf der Basis von Hy permediasystemen wie beispielsweise ToolBook wird durch die vorgege bene Struktur dieser Systeme eingeschr nkt Diese Einschr nkungen ver einfachen zwar einerseits die Bedienung und sollen so auch Nicht Informatikern die Hypermedia Anwendungsentwicklung erm glichen Andererseits ergeben sich u a folgende Restriktionen die bei der Planung eine Softwareprojektes mitbedacht werden m ssen 3Die Gr e des CNC Programmes k nnte hier bereits die Grenze sein vgl Kap
285. ngs Gruppendiskussion gruppe phase Zusammenfassung themenzentrierte Gesamt Erprobungs Darstellung u Verbrei Gruppendiskussion gruppe phase tung der Ergebnisse Protokollierung u wiss Be Gesamtdarstellung gleitung Tabelle 1 1 Evaluationsfelder und die entsprechenden Analysemethoden bzw instrumente 3 Das Projekt gliedert sich in folgende drei Projektphasen vgl hierzu den Modellver suchsantrag HYSIM Vorbereitungsphase 1 Jahr Realisierungsphase 2 Jahr und Erprobungsphase 3 u 4 Jahr Zus tzlich wurden im Rahmen einer Vorstudie Pro blemfelder und forschungsmethodische Fragen sondiert Diese Vorstudie wurde von der wissenschaftlichen Begleitung durchgef hrt 4 Ein Unterrichtsvorhaben wurde zus tzlich auf der Basis einer begleitenden Beobach tung evaluiert 116 Zun chst baut die Evaluation der Felder 4 und 5 auf verschiedene Fallstu dien auf D h im Verlauf des Modellversuchs wurden die oben erw hnten Bereiche auf der Basis von exemplarischen Unterrichtsvorhaben experi mentell untersucht Dabei kamen unterschiedliche Typen von hyperme diabasierten Simulationsumgebungen in verschiedenen beruflichen Bil dungsg ngen zum Einsatz Erprobt wurden verschiedene Formen des Handlungslernens mit hoher Sch lerselbstt tigkeit vgl die Erfahrungsbe richte in Kap VI Sechs der im Unterricht eingesetzten hypermediabasierten Lernumgebun gen wurden von den im Modellversuch t tigen Lehrern selbst entwi
286. ngsintensive Lernformen 12 obwohl dies in institutionellen Lernprozessen oft gar nicht intendiert ist Die anthropologischen Bedeutungen des Spiels sind in mehrfacher Hin sicht auch f r das Lernen mit Simulatoren p dagogisch bedeutsam Simu latoren haben viel mit Spielzeug gemein und die Besch ftigung mit Simu latoren hat viel mit Spielen zu tun In der Polarit t von Spiel und Ernst liegt eine besondere didaktische Qualit t von Simulatoren 11 Dieterich gibt aufschlu reiche historische Beispiele aus dem milit rischen Bereich in denen entweder der Ernstcharakter oder die Vorz ge des Spiels verkannt wurden 1994 S 212 12 Zur lernpsychologischen Bedeutung spielerischer Lernformen im Zusammenhang des handlungsorientierten Unterrichts finden sich informative Hinweise bei M ller 1987 S 378ff 42 1 4 konomische Aspekte Als ein wichtiges Argument f r den Einsatz von Simulatoren werden oft konomische Gr nde angef hrt In der Tat sprechen konomische Argu mente f r den Einsatz von Simulatoren sie haben in der Regel einen rela tiv niedrigen Anschaffungspreis im Vergleich zu einem Realsystem sind transportabel weil auf Mikrocomputern verf gbar haben einen geringen Energieverbrauch kaum Folgekosten und bieten die M glichkeit einer ef fektiven Auslastung Aufgrund kurzer Innovationszyklen und der damit notwendigen Ersatzinvestitionen ist die bedarfsdeckende Beschaffung von kostspieligen Realsystemen und Anlagen wie bei
287. nisproze mit den untersuchten Simulatoren stand die Verbesserung der Anschaulichkeit komplexer Zu sammenh nge durch den Einsatz von Hypermedien im Vordergrund Die neuen Medien wirkten durchgehend motivierend auf die Sch ler Im Rah men des handlungsorientierten Unterrichts zeigte sich eine deutliche Ver besserung der Sch leraktivit ten und der Sch lerselbstt tigkeit Die f r die Sch ler neuen Lernformen erm glichten spielerisches Experimentieren und risikoloses Probehandeln Die erstellten Programme konnten mit den Simulatoren getestet und nach einer Optimierungsphase im Online Modus am Realsystem erprobt und berpr ft werden Durch diese M glichkeit ergab sich eine direkte Ver zahnung zwischen Simulation und Realit t und damit ein ausgezeichneter Lernerfolg auf der praktischen und der theoretischen Ebene mit direkter Kontrolle des Gelernten Die Einflu m glichkeiten auf die Gestaltung Technik und Arbeitsprozesse lie en sich wesentlich besser verdeutlichen Die Arbeit mit Simulationsprogrammen erfordert Kombinationsm glich keiten von Rechnern mit anderen Lernmedien und Arbeitsmitteln Es m s sen jedoch die notwendige Hard und Software in den entsprechend ausge statteten Fachr umen verf gbar sein und immer auf dem neuesten Stand gehalten werden Das gilt f r Ger te und Software gleicherma en und er fordert neben finanziellen Mitteln auch eine Grundausstattung an Personal Bei n herer Betrachtung stellt sich schnell
288. nisse aus den durchgef hrten Veranstaltungen Im Kap VII 2 werden Gedanken f r den Entwurf eines Curriculums zur Leh reraus und fortbildung vorgestellt Dabei wurde versucht die Erfahrun gen die in diversen Fortbildungsveranstaltungen gesammelt wurden ent sprechend zu ber cksichtigen 3 Prototypische Softwareentwicklungen und Studien zur Softwarenutzung Im Modellversuch HYSIM wurden im Rahmen der wissenschaftlichen Be gleitung umfangreiche prototypische Softwareentwicklungen und Studien zur Softwarenutzung durchgef hrt Diese Arbeiten waren ein wesentlicher Bestandteil unseres forschungsmethodischen Konzeptes vgl Kap I 2 Hierdurch war es schon in den fr hen Phasen des Modellversuches m g lich Verst ndigungsprobleme zwischen den verschiedenen mit der Soft warentwicklung befa ten Mitarbeitern im Projekt zu reduzieren Hinweise zum forschungsmethodischen Vorgehen im Kontext des sog Experimen tellen Prototyping sind im Kap I dargestellt Einige der im Rahmen des Projektes entstandenen prototypischen Softwareentwicklungen werden im Kap IV beschrieben 4 Durchf hrung und Erprobung von Unterrichtsvorhaben Im Verlauf des Modellversuches HYSIM wurden umfangreiche unterrichtsbezogene Fall studien in verschiedenen Bremer Berufsschulen durchgef hrt Die Erfah rungen aus dem unterrichtlichen Einsatz der einzelnen Lernprogramme wurden von den beteiligten Lehrkr ften schriftlich fixiert Dazu wurde zu n chst in einer ersten
289. nkt des entdeckenden Lernens und Probleml sens f r Lernpro zesse eingesetzt Die Evaluation von Simulationen mu sich konsequen terweise auch auf diese Dimensionen beziehen das ist aber wie Schul meister resumiert durchweg nicht der Fall Die meisten Evaluationsstudi en betrachten schlicht den Lernzuwachs und nicht auf welchem Wege bestimmte Lernergebnisse erzielt werden Schulmeister 1996 S 361 Evaluation der Interaktion Gegenstand von Evaluationen ist oft auch die Analyse und Bewertung der Interaktionsformen zwischen Lernenden und den in Lernprozessen einge setzten Rechnersystemen Zweifellos ist es notwendig die Benutzung ei nes Lernsystems aus technischer Sicht zu berpr fen Fehlerfreiheit Be nutzerfreundlichkeit usw hierzu gibt es zahlreiche Methoden aus dem Gebiet der Softwareergonomie vgl z B Stary 1994 S 307ff Eberleh et al 1994 S 335 Technisch lassen sich beispielsweise die Dialogeingaben eines Lernenden weitgehend erfassen so da eine F lle von Daten gelie fert wird die jedoch im allgemeinen nur wenig ber die abgelaufenen Denk und Lernprozesse aussagen 107 Software Evaluation im Modellversuch HYSIM Es zeigt sich da herk mmliche Bewertungsverfahren unterschiedliche St rken und Schw chen aufweisen Dementsprechend ist keines der ange f hrten Verfahren ideal kann keinem der vorgestellten Evaluationsinstru mente der unbedingte Vorzug gegeben werden Insbesondere zeigen stan dardi
290. nline URL http www hull ac uk HulV ITTVhullprod html Meyer Ch Rauterberg M Str ssler M 1991 Ein Bewertungsschema f r HyperText Systeme und ein vergleichender berblick ber Hy perTies HyperPad HyperCard und Guide In Encarnacao J Hrsg 1991 Telekommunikation und multimediale Anwendungen der In formatik GI 21 Jahrestagung Darmstadt 14 18 Oktober 1991 Proceedings S 554ff M ller D 1989 CNCSim Grafisch interaktiver CNC Simulator Bedienungshandbuch Bremen 1987 136 F Wilhelm Bruns Dieter Miiller 3 Studien zur Implementierung portabler Proze simu lationen mit Techniken der objektorientierten Soft ware Entwicklung und Parallelprogrammierung Die zentrale Forschungsfrage dieser Studie bestand darin zu untersuchen inwieweit die Implementation proze orientierter Simulatoren die Steue rungs und Regelungsprozesse von technischen Systemen Maschinen oder Anlagen abbilden durch fortgeschrittene Softwaretechniken wie z B Ob jektorientierung und Parallelprogrammierung unterst tzt wird Vor dem Hintergrund da im Rahmen des Modellversuches wesentlich auch Lernsoftware von den beteiligten Lehrern entwickelt wurde war auch eine Einsch tzung aus dieser Perspektive von Bedeutung Die Realisierung proze orientierter Simulatoren vgl Keller 1988 stellt hohe Anforderungen an die einzusetzenden Implementierungssprachen e Proze orientierte Modelle bestehen insbesondere aus interagieren
291. nnte man das am Beispiel der Sensoren sehen Schlecht instruierte Klassen produzierten weit mehr defekte Sensoren als gut ausgebildete Allgemein ist nat rlich zu bedenken da nicht alle Feh lerm glichkeiten vorhersehbar und in einem Simulator abbildbar sind Das programmierte Modell wird immer vom realen System abweichen Obwohl sich die Herstellung von Lernsoftware durch Lehrkr fte eigentlich als sehr kostenintensiv herausstellte sehe ich doch eine gute Zukunfts chance f r Hypermedia Autorensysteme wie ToolBook in der Schule Man kann damit Lernprogramme wirklich auf die unterschiedlichen Be d rfnisse vor Ort anpassen So wird z B nicht irgendeine Maschine bzw Anlage simuliert sondern wirklich das System mit genau den Bedienele menten die in den Fachr umen bzw Laboren zur Verf gung stehen M g lich ist dar ber hinaus auch die Integration verschiedener Standard Simulationsprogramme in hypermediabasierte Lernumgebungen 3 4 Perspektiven Das Unterrichtsprojekt soll in den n chsten Versionen durch weitere In formations und Simulationsseiten bzw b cher so ausgebaut werden da der Lernende den Weg zu weiteren Aufgabenl sungen aufgrund seiner individuellen Bed rfnisse selbst bestimmen kann Folgende Erweiterungen sind geplant bzw in Arbeit e Programmierung einer SPS e Verwendung externer Eing nge Sensoren e Folgesteuerung mehrerer Zylinder e Verbindung von Pneumatik SPS und Robotik 198 Der Au
292. nssysteme in Kombination mit vorhandenen Simulatoren Abb 1 2 Modell eines Produktionsbetriebs als Hyperstruktur 84 Lernende k nnten mit Hilfe eines solchen Simulationsbaukastens das Wir kungsgef ge moderner Fertigungs und Steuerungstechnik mit seinen komplexen Wechselwirkungen spielerisch erkunden Es w re eine Lern umgebung vorhanden die es gestattet verschiedene Szenarien zu simulie ren und eine Thematik von verschiedenen Standpunkten zu betrachten Benutzer und Benutzerinnen k nnten sich frei in einer virtuellen Fabrik bewegen und Hilfsmittel benutzen die die Orientierung erleichtern An verschiedenen Stellen z B Arbeitsvorbereitung Konstruktion Fertigung k nnte der Benutzer stehenbleiben um eine Thematik tiefer zu erforschen Arbeitspl ne k nnen entwickelt CNC Programme getestet und ausprobiert werden St rungen k nnten simuliert und m gliche Konsequenzen er forscht fehlende Informationen aus einer Datenbank abgerufen werden Folgende Stichpunkte zeigen ohne Anspruch auf Vollst ndigkeit die unterschiedlichen Inhaltsbereiche und Lernm glichkeiten die im Rahmen eines hypermediagest tzten modularen Produktionssimulators enthalten sein k nnten e Produktionsprozesse Planung Modellierung und Simulation von Produktionsabl ufen Simulation von Fehlerzust nden und technischen St rungen Simulation von Gestaltungsalternativen Simulation von Material und Stoffstr men e Spanende
293. nsystem Vakuumtechnik Echtzeitsimulator und Hypertext Lehrbuch Heinrich Herzog Ernst W J ger Buschart 7 Unterrichtliche Erprobung von Simulationspaketen zur Robotik R diger Wolter VII ERGEBNISSE EMPFEHLUNGEN UND PERSPEKTIVEN 1 Zusammenfassung der Ergebnisse Dieter M ller 2 Empfehlungen zur Lehrerfortbildung in Hypermedia Dieter M ller 3 Forschungsperspektiven und Handlungsempfehlungen aus dem Modellversuch HYSIM F Wilhelm Bruns ANHANG Pr sentation des Modellversuches HYSIM im Internet INDEX ABBILDUNGSVERZEICHNIS iii 201 215 223 233 245 247 265 271 291 293 339 Vorwort Die vielfaltigen Herausforderungen durch die neuen Technologien wird niemand bestreiten ebensowenig die damit verbundenen Risiken und Chancen Die beruflichen Schulen sind hiervon unmittelbar betroffen Sie sollen f r neue T tigkeitsbereiche und neue Anforderungen qualifizieren und zugleich ihren weitreichenden Bildungsauftrag erf llen Dies geht nicht ohne eine kontinuierliche p dagogische und curriculare Entwicklung und Evaluation der Inhalte und Methoden beruflichen Lernens Hieraus erw chst eine f r die beruflichen Schulen nicht einfach zu bew ltigende Aufgabe In diesem Kontext wurde der Modellversuch Hypermediagestiitzte Simu lationssysteme f r berufliche Schulen HYSIM durchgef hrt der finanziell mit Mitteln des Bundesministeriums f r Bildung Wissenschaft Forschung und Technologie und des Senat
294. nterweisung guided tour sollen vor allem in komplexen Anwendungen den unge bten Benutzer bei der Navigation leiten und ihm die Orientierung erleichtern ber den di 63 daktischen Sinn solcher Konzepte wird heftig gestritten vgl Schulmeister 1996 S 270 Die gezielte Suche Searching mittels spezifischer Suchfunktionen ist ei ne weitere m gliche Variante beim Umgang mit Hypermedien Allerdings handelt es sich hier weniger um eine Form der Navigation als vielmehr um eine Strategie Informationen zu finden Diese Art der Informationssuche die f r traditionelle Datenbanken typisch ist setzt voraus da entspre chende Funktionen in einer Hypermedia Anwendung implementiert sind Dar ber hinaus m ssen sich Problemstellungen anhand entsprechender Schl sselbegriffe bezeichnen und eingrenzen lassen In diesen F llen ist eine gezielte Suche eine sinnvolle M glichkeit In den folgenden beiden Kapitel werden didaktische Thesen referiert die den Einsatz von Hypermedia Systemen im Unterricht zum Inhalt haben Didaktische Argumente f r oder gegen den Einsatz von Hypermedia lassen sich auf verschiedenen Ebenen f hren zwischen folgenden soll unter schieden werden e Lernpsychologische Dimensionen hypermediagest tzten Lernens und e Perspektiven hypermediagest tzten Lernens vor dem Hintergrund di daktisch methodischer Aspekte 1 6 Lernpsychologische und didaktisch methodische Aspekte hypermediagest tzten Lernens Ob Hyperm
295. ntwicklung laufend dokumentiert werden m ssen um z B die bersicht ber die globalen Variablen die verschiedenen Unterprogramme und ihre wechselseitige Verkn pfung zu behalten Arbeits konomisch sind eigene Simulationsprojekte nur zu erstellen wenn man sich ganz auf den Entwicklungsproze konzentrieren und t glich meh rere Stunden ununterbrochen daran arbeiten kann Ohne zeitliche Entla stung z B durch Mitarbeit in einem Modellversuch sind Entwicklungen 211 quasi zus tzlich zur normalen Unterrichtsvor und nachbereitung kaum leistbar Aber auch die im vorliegenden Fall gew hrte Entlastung von vier Wochenstunden ber den Modellversuchszeitraum bringt w hrend der Hauptentwicklungsphase nur eine geringe Erleichterung Wird die Arbeit dagegen immer wieder durch das unterrichtsbedingte Alltagsgesch ft un terbrochen so f llt es regelm ig schwer sich bei Wiederaufnahme der Arbeit am Projekt wieder in den letzten Entwicklungsstand einzudenken Durch Unterbrechung des Arbeitsablaufs geht auf diese Art viel Zeit verlo ren F r die Zukunft lassen sich aus den Erfahrungen folgende Schl sse f r et waige Neu bzw Weiterentwicklungen ziehen e Beschr nkung auf kleine kompakte Bausteine e vorherige Planung des bergeordneten integrierenden Baukastens e Durchf hrung im Block etwa im Rahmen einer einw chigen Lehrer fortbildung zusammen mit an den Projekt beteiligten Kollegen 4 5 konomische Aspekte Inwieweit
296. odische Diskussion in der Berufsp dagogik und ihre Implikationen f r multimediale Ler narrangements In Zimmer G Holz H Hrsg 1996 S 57 77 Martin W 1986 Mikrocomputer ein Gegenstand beruflicher Bildung In Martin W Rauner F Hrsg Mikroelektronik in der Berufsbil dungpraxis Wetzlar S 18 35 95 Miiller D 1987 CNCSim Grafisch interaktiver CNC Simulator Bremen Handbuch zum CNC Simulator CNCSim Miiller D 1990 Karel der Roboter Eine interaktive Programmier und Simulationsumgebung Bremen Benutzerhandbuch Miiller D 1991 Programmier und Simulationssystem EasyRob In AbschluBbericht zum Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der beruflichen Bildung Bremen S 97 109 M ller D 1996 Zellul re Automaten Implementierung des Ising Modells Materialien zur Lehrveranstaltung Ropohl G 1979 Eine Systemtheorie der Technik M nchen Wien Strittmatter P Mauel D 1995 Einzelmedium Medienverbund und Multimedia In In Issing L Klimsa P 1995 S 47 61 Witt R 1992 Strukturelle Differenzierung und thematische Verbindung von rechtlichen und betriebswirtschaftlichen Lehrstoffen in kaufm n nischen Schulen In Achtenhagen John Hrsg Mehrdimensionale Lehr Lernarrangements Innovationen in der kaufm nnischen Aus und Weiterbildung Wiesbaden S 305 326 Zeigler B 1990 Object Oriented Simulation with Hierarchical Modular Models
297. olgreichen Gruppen unterschieden sich offen sichtlich von den weniger erfolgreichen Gruppen durch e angemessenes Erfragen von problemrelevanten Informationen e optimalere Variablenber cksichtigung e fr hzeitiges Erkennen der Systemvernetzung e Beibehalten der Ma nahmenschwerpunkte e Verwendung abstrakter Analogieschl sse und e Beobachtung der eingeleiteten oder ver nderten Prozesse Kummer 1991 S 193f Dorner hat in einem psychologischen Experiment in welchem Ver suchspersonen mit Hilfe eines Simulationsprogramms ein komplexes fik tives System simulieren konnten das Probleml severhalten der Ver suchspersonen bez glich eines ad quaten Umgangs mit dem System beobachtet und ausgewertet Das Gute wollend schufen sie in einer Com putersimulation das Chaos D rner 1976 S 48 Den Grund f r das Ver sagen der einzelnen Versuchspersonen sieht D rner in der geringen F hig keit zum Probleml sen S 51 Aus den Ergebnissen leitete D rner u a die Forderungen ab da Menschen lernen m ssen in kausalen Netzen statt in Kausalketten zu denken Das Denken in Kausalketten ist ein Denken in einfachen Wenn Dann Beziehungen und in linearem Ursache Wirkungs Denken das Denken in kausalen Netzen beinhaltet dagegen ein Denken in Systemen da so Dorner besonders f r das Probleml sen in unbe stimmten und komplexen Problemsituationen geeignet sei D rner stellt die These auf da sich entsprechende Probleml
298. on sind an zustreben e Welche Bedeutung hat virtuelle Anschaulichkeit f r die Herausbil dung mentaler Modelle e Welche Konfrontation erf hrt der Handlungsbegriff Kopf Herz Hand in virtuellen Begegnungsst tten 1 Vgl Abb 1 3 bis Abb 1 9 Quelle http vwww com hub 280 ja nr ri Heise rer con he liege bir Tr ne Sutteet Prose line Daire Teiskon Welcome Ta SOUPERCITF te iub of the FIRTLAL WORLD WIDE WER Hew tha week World ofthe Week ie Placa Real Em ETE Yoo can now padde m the pmd Thu week s scolpqure m aprang tote Hew bike and updates every Thursday see Hewa _ EE A Haise aa ees ir T Tiria Guti Pesaing Daira Taikon T Welcome Ta SUPERCITT Hw iub of the FIETCAL WORLD WIDE WER Hew tha week Word ofthe Week ie Placa Brad Gorm ETE Yon can now padde m the pond Ths week s scoprire m a preng torus Hew bake and updates every Thursday nee Mews SAE ee ee eS E e ea a E a FEME SUPER Eihfaniecans Soper Pan Abb 1 4 Virtuelles Simulationslabor 281 Hieiecape lite a g aphice cand als Bestie daii Ges Leuszeichenn folie Marich Fewer ils 2j gt j Slr 2 a 2 El Heisie hr Tree CENAE ONA Tina hir 3 T mfe F rde Tartari Prawe Hepa Deutuch Task kE mis Win E ua taad SUPER iimarecape mn a Abb 1 5 Montagesimulation 1 Heiecape F itira a g aph
299. onen reduziert werden Sum mative Evaluationsverfahren k nnen unter Umst nden dann sinnvoll sein wenn es tats chlich nur um die Erfassung operationalisierter und me barer Daten geht und der begrenzte Stellenwert dieser Informationen ausdr ck lich ausgewiesen wird Da im Rahmen summativer Evaluation das Erreichen von Zielen bewertet wird die im vorhinein feststehen werden Lernprozesse der Beteiligten w hrend eines Projektes beispielsweise die Frage wie bestimmte Lerner gebnisse erzielt werden praktisch nicht erfa t Dar ber hinaus werden sinnvolle Zielverschiebungen innerhalb eines Vorhabens nicht reflektiert oder sogar als Mi erfolg interpretiert Weiterhin ist auch bei gegebenen Zielen nicht nur das Ergebnis allein sondern auch der Proze durch den ein Ziel erreicht wird u erst aufschlu reich Das Erreichen von bestimm 101 ten Zielsetzungen kann beispielsweise relativ zufallig oder auch durch eine bewu te Bewertung verschiedener L sungsalternativen erfolgt sein Die Probleme die im Zusammenhang mit der summativen Evaluation an gerissen worden sind machen deutlich da summative Verfahren in den jenigen F llen nicht ausreichen in denen unmittelbar innovative Prozesse und nicht nur deren Ergebnisse im Kontext beruflicher Bildung erfa t und beurteilt werden sollen Die in Zusammenhang mit der summativen Eva luation genannten Probleme werden insbesondere bei Vorhaben deutlich in denen ein sehr innovatives und d
300. onserg nzung gesprengt wird Die aus den genannten Entwicklungen resultierenden Qualifikatio nen sind f r Berufsp dagogen so neu da sie davon in ihrem Studium kaum etwas erfahren haben k nnen Sie verf gen allenfalls je nach Art ihrer Ausbildung ber Einzelkenntnisse Lehrerfortbildung in dem hier dargestellten Bereich mu deshalb u E Elemente der Lehrerweiterbildung zumindest was die inhaltliche Dimension und den zeitlichen Rahmen an geht mit einschlie en Die Qualifizierung der Lehrer f r neue Fachgebiete stellt sich f r die Leh rerfortbildung aber auch noch in anderer Hinsicht als wichtige Aufgabe Zu verweisen ist diesbez glich auf die Problematik der fachlichen Spezia lisierung bzw auf die Typenvielfalt beruflicher Bildungsg nge Neben der klassischen Berufsschule gibt es eine Vielzahl beruflicher Bildungsg nge Die Lehrer sind entsprechend h ufig in einer Vielzahl unterschiedlicher 266 Schultypen und Fachklassen eingesetzt Ihr T tigkeitsfeld ist also breit und differenziert woraus sich besondere Anforderungen an die Konzeption von Lehrerfortbildungen ergeben die diesen angemessen Rechnung tragen m ssen 2 2 Formulierung eines Anforderungsprofils Die oben dargestellten berlegungen beruhen zu einem wesentlichen Teil nicht nur auf der Basis theoretischer Konzeptentwicklung sondern auch auf empirischen Erfahrungen im Modellversuch Sie haben hoffentlich deutlich gemacht da es in naher Zukunft aufgr
301. or tiert Die Lernsoftware enth lt sowohl Hypertextelemente als auch ein Si mulationsmodul Um die didaktische Konzeption sowie die Komplexit t der Anwendung zu verdeutlichen soll die Funktionalit t des Simulators erl utert werden Um eine CNC Simulation durchzuf hren wird ein CNC Steuerprogramm in ein vorgesehenes Textfeld eingegeben Ferner m ssen Gr e und Null punkt des Werkst ckes festgelegt werden Die Ma e des Werkst ckes so wie die Position des Nullpunkts k nnen interaktiv mit der Maus eingestellt werden Nach der Eingabe des Steuerprogramms kann ein Syntaxcheck vorgenommen werden Sind Fehler aufgetreten wird die Pr fung unter brochen und die fehlerhafte Programmstelle angezeigt Die Ausf hrung der Simulation l t sich kontinuierlich oder im Einzelschrittmodus durch f hren W hrend des Programmablaufs wird die Werkzeugf hrung ange zeigt und animiert Der Simulator erm glicht die Auswahl verschiedener Werkzeuge aus einer vorhandenen Werkzeugdatei Die meisten Funktio nen k nnen durch einfaches Anklicken einer Schaltfl che Button aufge 131 rufen werden Der CNC Simulator wurde so konzipiert da er als ein Bau stein in ein hypermediagestiitztes Gesamtsystem eines Mehrebenensimu lators integriert werden kann 4 CNCHysim Sill A ny AS Mi KA KA re 5 ay Cece ein rechts Strecke Absolut N120 G1 x10 20 ON130 G3 X30 Y20 120 J20 N140 GO Simulation im Einzelschritt
302. organisatorisches Konzept In Zeitschrift Berufsbildung Heft 31 Februar 1995 S 3 7 289 MIT 1996 Tangible Media Group MIT Media Lab Weitere Informa tionen http tangible www media mit edu groups tangible Piaget J 1959 La formation du symbole chez l enfant Imitation jeu et r ve Image et representation Neuchatel Rockwell R 1996 Infrastructure and Architecture for Cyberspace Communities In Computer Graphics Vol 30 4 November 1996 pp 19 24 Supercity Virtual World Wide Web URL http vwww com hub 290 Anhang Prasentation des Modellversuches HYSIM im Internet 291 Anhang 4 Netscape HYSIM Home OF x File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help B Go to htp www uni bremen de artec Hysim This page in English Hypermediagest tzte Simulations systeme f r berufliche Schulen a HYSIM ey Uberblick Ziel des Forschungsprojektes HYSIM ist die experimentelle Analyse der M glichkeiten und Grenzen des Einsatzes hypermediagest tzter Simulationssysteme in der beruflichen Bildung f r den gewerblich technischen Bereich Dieses Projekt ist zugleich die wissenschafthche Begleitung eines gleichnamigen Modellversuches der an verschiedenen beruflichen Schulen im Lande Bremen durchgef hrt wird Weitere Informationen Das Projekt HYSIM Bisherige Forschungsergebnisse Projektpartner Softwareprojekte Fortbildungen Ver ffentlichungen Mitarbeiter
303. ors f r Bildung Wissenschaft Kunst und Sport des Landes Bremen gef rdert wurde Der vorliegende Abschlu bericht zum Modellversuch bezieht sich sowohl auf den schulischen Teil A des Modellversuches als auch auf den Teil B der wissenschaftlichen Begleitung Er enth lt berufsp dagogische Aspekte zum gegenw rtigen Stand der Di daktik hypermediabasierter Simulationssysteme und beschreibt die Eva luationsmethoden und Forschungsbereiche im Rahmen des Modellversu ches Einen gro en Bereich des Abschlu berichtes nehmen die Unterrichtsein heiten und Unterrichtsbeispiele ein die von den Lehrern im Modellversuch entwickelt und erprobt wurden Diese Berichte zeigen aus unterschiedli chen konzeptionellen Ans tzen in welcher Weise hypermediabasierte Si mulationssysteme in den Unterricht an beruflichen Schulen eingebunden werden k nnen Bisher wurde die wissenschaftliche Diskussion zur didaktisch metho dischen Nutzung digitaler Lernmedien weitestgehend theoretisch spekulativ gef hrt ohne einen entsprechend hinreichenden Fundus an un terrichtspraktischen Erfahrungen Mit dem vorliegenden Bericht wird ein Beitrag geliefert der einerseits die multimediale Euphorie vom Kopf wie der auf die F e stellt andererseits aber auch erkennen l t in welche Richtung die zuk nftige Entwicklung gehen k nnte Einen Ausblick hierzu liefert vor dem Hintergrund der Modellversuchser gebnisse das abschlie ende Kapitel des Berichtes in dem s
304. owohl die Not wendigkeit einer intensiven Lehrerfortbildung begr ndet als auch Per spektiven der wissenschaftliche Auseinandersetzung mit multimedialen Lernumgebungen aufgezeigt werden I Projektziele und methodisches Vorgehen Jiirgen Steenbock 1 Projektziele und methodisches Vorgehen aus schulischer Sicht Etwa seit Ende der 70er Jahre wurde f r den Fachunterricht in den ge werblich technischen beruflichen Schulen zunehmend Simulationssoftware angeboten Sie verstand sich als Hilfsmittel zur Veranschaulichung und Erkenntnisgewinnung zum entdeckenden Lernen zur Darbietung und Speicherung von Wissen und Information Eine umfassende unterrichtliche Nutzung setzte jedoch nicht ein denn bei n herer Betrachtung der damals angebotenen Simulationssoftware trat schnell Ern chterung ein e das Anwendungsspektrum bezog sich fast ausschlie lich auf die CNC Fertigungstechnik vorzugsweise im Bereich des Drehens und Fr sens und SPS Technik in wenigen F llen auch auf die Roboter technik sie war meist zu komplex angelegt da die Anbieter verst ndlicher weise aus kommerziellen Gr nden einen m glichst gro en Adres satenbereich ansprechen wollten e sie besa oft eine unzureichende Benutzerf hrung wodurch zun chst wertvolle Unterrichtszeit nur f r das Handling der Software ver wendet werden mu te e die M glichkeiten der Adaption an den Unterrichtsproze waren ge ring e Anschlu m glichkeiten an rea
305. penentwicklung im Kontext partizipativer Soft ware Entwicklung zunehmend als alternativer Ansatz im Vergleich zu traditionellen Konzepten des Software Engineering diskutiert Floyd 1989 16 im Unterricht evaluiert Eine ausf hrliche Darstellung des Evaluationskon zeptes findet sich im folgenden Kapitel dieses Projektberichtes 2 4 Literaturhinweise Baumgartner P 1995 Didaktische Anforderungen an multimediale Lernsoftware In Issing L Klimsa P 1995 Information und Ler nen mit Multimedia Weinheim S 241 252 Baumgartner P Payr S 1994 Lernen mit Software Innsbruck Ehn P 1988 Work Oriented Design of Computer Artifacts Arbets livscentrum Stockholm 1988 Floyd 1989 Softwareentwicklung als Realit tskonstruktion In Lippe W M Hrsg 1989 Software Entwicklung Konzepte Erfahrun gen Perspektiven Berlin Heidelberg New York S 1 20 Laessoe J Rasmussen L B 1989 Human Centered Methods Deve lopment of Computer Aided work processes Esprit Projekt 1217 1199 Human Centered CIM Systems Deliverable R18 Institut for Sam fundsfag Danmarks Tekniske Hojskole 1989 Nake F Schelhowe H 1993 Vom instrumentellen Medium Koopera tion in der Software Entwicklung unter konfligierenden Leitbildern artec paper 26 Juli 1993 17 Il Didaktische Dimensionen hypermedialer Simulation Uberblick Im ersten Teil dieses Kapitels werden didaktische M glichkeiten und Grenzen des L
306. pertext eingeschlossen 57 Typisch fiir Hypertexte bzw Hypermedien ist die Aufhebung der strengen Trennung zwischen Autor und Benutzer da der Benutzer die Dokumente in vielen F llen modifizieren oder erg nzen kann Dementsprechend be zeichnet ein Hypertext bzw Hypermedia System im Allgemeinen die Ein heit von Dokumenten und Werkzeugen Der Terminus Hypertext bzw Hypermedia Werkzeug umfa t die Software zur Verarbeitung Erstellen Lesen Speichern von Dokumenten Gebr uchlich sind f r diese Software Werkzeuge auch Bezeichnungen wie Hypermedia Autorensysteme oder Entwicklungssysteme Worin besteht nun der Unterschied von Hypermedia zu Multimedia Da der Begriff Multimedia oft im gleichen Zusammenhang wie Hypermedia gebraucht wird geben wir eine Definition die deutlich macht da zwi schen beiden prinzipielle Unterschiede bestehen Beide Bedeutungen bein halten den Begriff des Mediums wobei bei Multimedia die medialen Aspekte und bei Hypermedia dar ber hinaus die strukturellen Aspekte bezogen auf die komplexe nichtsequentielle Organisation multimedialer Information gemeint sind Nielsen 1990 gibt folgende Unterscheidung The fact that a system is multimedia based does not make it hypertext Only when users interactively take control of a set of dynamic links among units of information does a system get to be hypertext It has been said that the difference between multimedia and hypermedia is similar to that bet
307. prache beschrieben werden da aufgrund der Integrati on des gesamten Systems prinzipiell jedes modifizierte oder neu erzeugte Objekt direkten Einflu auf die Sprache hat Problematisch ist nach unse rer Erfahrung auch das Polymorphismuskonzept von Smalltalk In Small talk 80 kann jedes ererbte Attribut ohne Restriktionen in einer Unterklasse neu definiert werden womit alte Definitionen v llig berdeckt werden Da Redefinitionen nicht verhindert und Fehler dann nur schwer und meist nur w hrend der Laufzeit des Programms erkannt werden k nnen ergeben sich wie wir erfahren mu ten massive Probleme f r Nicht Experten beim Umgang mit diesem System Dan Ingalls der f hrende Architekt des Smalltalk Systems charakterisiert Smalltalk wie folgt the purpose of the Smalltalk project is to support children of all ages in the world of information The challenge is to iden tify and harness metaphors of sufficient simplicity and power to allow a single person to have access to and creative control over information which ranges from number and text through sounds and images Ingalls p 9 Die urspr ngliche Idee Ingalls Kindern das Arbeiten mit Computern auf der Ebene ihrer Programmierung mit Hilfe von Smalltalk leicht erlern bar zu machen wir wollen an dieser Stelle von einer Diskussion ber den p dagogischen Sinn solcher Intentionen absehen ist nach unseren Erfah rungen als illusorisch anzusehen Da das Smalltalk 80 System f r Nicht
308. r Gestaltung von Animationssequenzen ent stehen um dynamische Prozesse einpr gsamer und leichter wahrnehmbar darzubieten als dies mit statischen Bildern m glich ist Dar ber hinaus wurden die Einbindungsm glichkeiten in eine hypermediale Mehrebenen simulationsumgebung vgl hierzu auch Kap II untersucht Die Entwicklung der Animationen erfolgte mit verschiedenen Animations tools u a 3D Studio Autodesk Animator Macromind Director Tool Book f r die Bearbeitung des Videomaterials wurden g ngige Tools un ter MS Windows vgl Behr Bertuch 1993 eingesetzt Die folgenden Bei spiele beschreiben einige der Realisierungen die experimentell untersucht wurden 6 1 Fl ssigkeitsstr mungen in einer Zahnradpumpe Mit dieser Animation werden die Str mungsverh ltnisse in einer Zahn radpumpe veranschaulicht Dabei wird gezeigt wie die Fl ssigkeit zwi schen der Geh useau enwand und den Zahnr dern entlang gef hrt wird vgl Abb 6 1 Au erdem kann anhand der Animation das Problem der Quetschfl ssigkeit beim Ineinandergreifen der Zahnr der dargestellt wer den Als Basis dieser Animation diente die Zeichnung einer Zahnradpum pe die vorher von uns konventionell auf Papier erstellt worden war Durch Einscannen und Nachbearbeiten des digitalisierten Materials mit Hilfe ei 157 nes Bildbearbeitungsprogrammes entstand die Vorlage zu dieser Anima tion Abb 6 1 Fl ssigkeitsstr mungen in einer Zahnradpumpe 6 2 Visuali
309. r Implementation wobei alle unvollst ndigen Versionen jeweils als Prototyp gesehen werden Bei der evolution ren Systementwicklung wird der gesamte Entwicklungsproze als eine sich wiederholende Abfolge ei nes iterativen Entwurfs Implementations und Evaluations Zyklus be trachtet Da die evolution re Systementwicklung eine erheblich st rkere Dynamik als andere Methoden aufweist werden hier erhebliche Anforde rungen an alle Projektbeteiligten gestellt Rapid Prototyping als weitere Variante basiert auf speziellen Tools die die interaktive Erstellung von Benutzeroberfl chen in kurzer Zeit erm gli chen Beispiele f r solche Prototyping Werkzeuge sind u a auch Hyper media Entwicklungssysteme wie wir sie im Rahmen dieses Projektes ein gesetzt haben 1 2 Prototyping im Modellversuch Im Modellversuch HYSIM wurden verschiedene Strategien des Prototy ping genutzt So wurden einige Produkte im Sinne der evolution ren Me thode st ndig im Verlaufe des Modellversuches weiterentwickelt andere wurden aus konzeptionellen Gr nden schon in einer fr hen Entwicklungs phase verworfen oder aus Kapazit tsgr nden einfach nicht weiter entwik kelt In der Anfangsphase des Projektes dienten Analyseprototypen dazu schwerpunktm ig prinzipielle softwaretechnische Frage zu eruieren Ins besondere wurden dabei Grenzen und M glichkeiten der Gestaltung und Einbindung von Multimedia Komponenten Animation Video Ton in Hypertext Anwendun
310. r hinreichend viele Auszubildende da mehrere Realsyste me nicht nur beschafft werden miissen sondern auch bauliche Vor aussetzungen erfordern e Wartungs und Reparaturkosten Bei der Fehlbedienung von Realsy stemen kann das Realsystem zerst rt oder beeintr chtigt werden was sehr prohibitive Reparaturkosten nach sich ziehen kann Man denke nur eine CNC gesteuerte Werkzeugmaschine bei der das Werkzeug in die Spannvorrichtung f hrt Der Einsatz von Simulationen kann deshalb Kosten reduzieren und Folgekosten vermeiden Selbst wenn eine Simulation ein Realsystem so weit wie mit vertretbarem Aufwand eben m glich abbildet l t sich das Realsystem eben nicht durch die Simulation ersetzen weil im allgemeinen haptische Reize und Ger u sche fehlen und vor allem in der besten Simulation nur das abl uft was der Autor des Simulators vorgesehen hat In der Schule des Autors Schulzentrum Vegesack stehen gen gend Real systeme zur Einf hrung in die Microprozessortechnik MFA Rechner zur Verf gung Im allgemeinen entstehen auch keine Folgekosten durch Fehl bedienung die MFA Rechner sind sogar f r Ausbildungszwecke konzi piert und deshalb daf r besser geeignet als bliche Personal Computer Bei der Entwicklung von EduCPU stand also nicht der hier beschriebene Ko stenaspekt im Vordergrund sondern der didaktische methodische Aspekt 5 4 Literaturhinweise Bruns F W M ller D Steenbock J 1995 Hypermediagest tzte Si mul
311. r nicht beseitigen Es zeigt sich also da die Problematik einer Informations berflutung und eines damit einhergehenden Orientierungsverlustes durch den Einsatz neu er digitialer Medien wie z B Hypermedia d h selbstverst ndlich auch das WWW verst rkt wird Die vom Rechner vorgelegte Geschwindigkeit und Bearbeitungskapazit t geht in vielen F llen ber die M glichkeiten des Lernenden hinaus Au erdem sind insbesondere Anf nger im Regel fall nicht in der Lage die Korrektheit von Programmen und Daten so zu berpr fen da sie die gewonnen Fakten und Informationen verifizieren 254 k nnen Die Berufsp dagogik wird sich mit diesem Problem in Zukunft noch intensiver auseinanderzusetzen haben Insgesamt k nnen wir im Zusammenhang mit der Navigationsproblematik folgendes festhalten Zwei extreme Interaktionsformen in Hypermedia Systemen wirken besonders lernhemmend e Die rigorose Einschr nkung der Navigation auf das Bl ttern das leaf turning das sehr an den Stil des Programmierten Unterrichts erinnert erzeugt beim Lernenden einen Eindruck der Kontrolle durch das Programm und l t die Lernmotivation absinken e Andererseits kann die freie Navigation bei einer ungeheurer Infomati onsmenge ohne eine geeignete Fortschrittsanzeige bei Lernenden das Gef hl ausl sen da ihnen zu viel zugemutet wird Auch dies kann zum Motivationsverlust f hren 1 7 Handhabbarkeit von Hard und Software Nach unseren umfangre
312. r unterrichtsbezogene als auch auf wissenschaftliche Aspekte des Einsatzes neuester rechnergest tzter sog hypermediabasierter Simulationssysteme in der beruflichen Bildung Indem diese Tagung die Ergebnisse und Erfahrungen aus dem Modellversuch reflektiert soll sie die p dagogische Reichweite aber auch die Grenzen hypermediagestitzter Lernsysteme aufzeigen Ich w nsche allen Tagungsteilnehmerinnen und Tagungsteilnehmern einen ertragreichen Erfahrungs und Informationsaustausch fruchtbare Diskussionen mit anregenden Impulsen f r die eigene Weiterarbeit und den ausw rtigen Tagungsteilnehmern einen angenehmen Aufenthalt in Bremen mit guten Erinnerungen Bringfriede Kahrs Senatorin f r Bildung Wissenschaft Kunst und Sport der Freien Hansestadt Bremen Tja Document Done u Z 329 Index 331 3 3D Studio 164 A Abundanz 28 Ahnlichkeit reaktive 45 situative 45 Allgemeine Modelltheorie 25 Abbildungskriterien 28 Original Modell Abbildungen 27 29 Pragmatische Relativierung 31 Transformationsregeln 28 Autodesk Animator 164 B Binnendifferenzierung 252 Bricolage 38 C cognitive overload 73 Constructionism 68 CSCW 73 D Denken vernetzes 35 Didaktische Transformation 26 E Erfahrungen im Projekt HY SIM empirische Basis 247 Hard und Software 255 333 Softwareentwicklung 190 210 220 227 berblick 183 Zusammenfassung 247 Evaluation 99 Analysemethoden und instrumente 115 formative 102 su
313. rden iiberhaupt ge nutzt werden k nnen 1 6 3 Aktives konstruktives und entdeckendes Lernen Viele Autoren sehen in Hypermedia ein Medium das aktives konstrukti ves und entdeckendes Lernen unterst tzt Begr ndet wird diese These in der Regel mit den besonderen Interaktionsm glichkeiten hypermediaba sierter Umgebungen Hypermedien er ffne die M glichkeit multimediale Informationen assoziativ entsprechend des eigenen Interesses ber einfa che Zeige und Gehe zu Operationen abzurufen hierdurch werde Lernen den eine deutlich aktivere Rolle als bei linear organisierten programmier ten Unterweisungen zugestanden Durch die vernetzte Art der Repr sentation von Informationen und durch die prinzipiell gegebenen M glichkeiten der Modifikation von Elementen und Strukturen innerhalb eines solchen Systems werde zudem konstruktives und entdeckendes Ler nen gef rdert Kuhlen 1921 sieht deshalb im Vergleich zu berholten Konzepten der programmierten Unterweisung neue Potentiale im hyper mediagest tzten Lernen weiterhin werden zweifellos Lernerfolge beg nstigt wenn Lernende Eigeninitiativen entfalten d h wenn sie Lern materialien wie es bei Hypertext bei gutem Design m glich ist erkunden k nnen und nicht nur wie in der Regel bei bisherigen Formen der pro grammierten Unterweisung vorgegebene Pfade nachvollziehen m ssen S 180 hnliche berlegungen hat Papert formuliert wenn er betont da es vor allem darauf
314. re als einem kooperativen Proze zwischen Entwickler innen Lehrkr ften und Lernenden erprobt und evaluiert werden Dies sind wie derum Bereiche die traditionell von der Informatik und da insbesondere von der Softwaretechnik und Softwareergonomie erforscht werden Ein besonderes Merkmal des Projektes HYSIM bestand deshalb darin die verschiedenen Forschungsfelder die sich mit der Gestaltung und dem Ein satz hypermediabasierter Simulationstechniken besch ftigen zu reflektie ren und m glichst einzubeziehen 14 2 3 2 Praxisbezug Action Research Die Gestaltung von Lernsoftware kann nach unserem Verst ndnis nicht als reine technische Frage gesehen werden Gestaltung von Lernsoftware kann in unserem Fall nur richtig begriffen werden wenn sie betrachtet wird als Proze der Implementierung von p dagogischer Theorie vgl Baumgart ner 1995 S 241ff Desgleichen ist die Nutzung von Lernsoftware nicht nur aus Sicht der kognitiven Aneignung und Reproduktion von Wissen zu erfassen immer spielen hier auch situative Bez ge zwischen Lehrenden und Lernenden eine Rolle Vor diesem Hintergrund sind wir im Projekt HYSIM von folgenden Pr missen ausgegangen e F r die Analyse der M glichkeiten und Grenzen des Einsatzes hy permediagest tzter Simulation in der beruflichen Bildung f r den ge werblich technischen Bereich ist es erforderlich theoretische Kon zepte im Rahmen von Fallstudien mit den Beteiligten also Lehrer und Sch ler pra
315. rechenden Rahmenbedingungen setzt letztgenannte Lernform auch entsprechend selbst ndige Sch ler voraus die aus Eigeninteresse an der Sache sich ein Thema erarbeiten In letzter Konsequenz f hren solche For derungen zum Einzelk mpfer der seine Ausbildung isoliert am heimischen Rechner per Internet betreibt und sich nur noch f r das eine oder andere Labor sowie f r Pr fungen zu diesem Zweck aus der Wohnung begibt Lernorganisation Wie schon im 2 Zwischenbericht angedeutet erfolgte der Einsatz der Si mulationssoftware im Unterricht im Schulzentrum Im Holter Feld mittels eines tragbaren Computers Laptop 4865 33 MHz mit 4 MB Arbeitsspei cher 120 MB Festplatte und LCD Graustufendisplay im Zusammenhang mit einem LCD Graustufendisplay f r die Projektion ber einen Over headprojektor Diese L sung wurde aus zwei Gr nden gew hlt Erstens setzt die unter ToolBook entwickelte Software mindestens Windows 3 1 voraus W hrend der Laufzeit des Modellversuchs stand jedoch kein entsprechend ausger steter Rechnerraum f r den Unterricht in den betroffenen Lerngebieten zur Verf gung Zweitens sollte die Lernsoftware punktuell den Laborunter richt an neuralgischen Stellen unterst tzen aber nicht den praktischen Schaltungsaufbau ersetzen Diese Konzeption beinhaltet allerdings den Nachteil da die Simulation entweder nur in Form einer Demonstration durch den Lehrer erfolgen kann oder Sch leraktivit ten am Simulator auf 207 ein bis
316. ren in der Elektropneumatik simu liert werden Im einzelnen bietet das Programm folgende M glichkeiten Erkl rung der Bauelemente Aufbau und Simulation der Schaltungen ein schlie lich Reed Sensoren Die einzelnen Elemente der Schaltungen und ihre Funktion lassen sich durch Anklicken mit der Maus erkunden Kurze Erkl rungen des Bauteils und seiner Funktion erscheinen im Kommentar feld unter den Schaltpl nen Dar ber hinaus k nnen verschiedene Schalt vorg nge simuliert werden Die dynamischen Elemente der Schaltungen werden dabei entsprechend visualisiert um die funktionalen Zusammen h nge deutlich zu machen Der Aufbau des Lernprogrammes zeigt deutlich die Strukturierung des Ge samtsystems auf der Basis einer Mehrebenen Modellhierarchie vgl Abb 1 4 Mit Hilfe entsprechender Hyperlinks Kann der Lernende zwischen den verschiedenen Ebenen navigieren Hierdurch werden die Struktur wie z B das Anordungsgef ge von Arbeits Steuer und Versorgungskom ponten sowie die Teil Funktionen die den Zusammenhang zwischen 6 Die in der Abb 1 4 dargestellte Simulation des ferromagnetischen Verhaltens des Reed Sensor Magneten war urspr nglich in dem beschriebenen Simulationspaket von Sch fer nicht enthalten Die Teil Simulation ist sp ter entstanden vgl M ller 1996 90 SE 77 5 5enebene Simulation einer Selbsthaltung mit Reed Sensoren Pneumatik Selbsthalteschaltung Modellvisualisierung dynamischer Stromlauf und Pneumati
317. rfahrungen mit der Erstel lung von Lernsoftware im eigentlichen Sinne lagen vor diesem Projekt je doch nicht vor Insbesondere lagen auch keine Erfahrungen mit der Programmierumge bung ToolBook vor so da anf nglich ein nicht zu untersch tzender Ein arbeitungsaufwand anfiel Dabei stellte sich heraus da sich mit ToolBook zwar schnell Anfangserfolge einstellen man aber mit wachsender Kom plexit t des Projekts Gefahr l uft die bersicht zu verlieren Bei einer konventionellen Programmiersprache kann man den Programmtext jeder zeit als zusammenh ngendes Textfile auf dem Monitor ansehen oder aus drucken So l t sich die Programmstruktur mehr oder weniger leicht nachvollziehen oder bei Bedarf ver ndern Bei ToolBook hingegen ver stecken sich die verschiedensten Einzelskripte hinter den jeweiligen die Anwendung konstituierenden Grafik oder Textelementen auf dem Bild schirm Nicht genug auch der Bildschirmhintergrund die jeweilige Bild schirmseite und nicht zuletzt das Buch als zusammenfassendes Struktur element k nnen die verschiedensten Skripte enthalten ToolBook bietet dabei keine eigenen Strukturierungshilfen an so da eigentlich eine vor hergehende detaillierte Grob und Feinplanung des Projekts erfolgen m te Mangels vorhergehender Erfahrung mit ToolBook wurde dieses aber erst erkannt als es bedingt durch den dynamischen Wachstumsproze der Simulation schon zu sp t war Weiterhin h tte nebenher die Programm e
318. richtsprojekte zu evaluieren 11 Zentrale Ausl ser des Modellversuches waren drei Faktoren die das wis senschaftliche Vorgehen im wesentlichen tangierten e Die zunehmende Bedeutung hypermedialer Anwendungen fiir Schule Ausbildung und Betrieb und die damit verbundenen ungekl rten be rufsp dagogischen Implikationen e Die begrenzte p dagogische Reichweite vorhandener Simulationssy steme im Hinblick auf ihren Einsatz im Unterricht e Die M glichkeit der Kombination von Hypermedia mit diesen Simu lationssystemen zum Zwecke einer besseren p dagogischen Wirk samkeit Vor diesem Hintergrund lie en sich zu Beginn des Modellversuches HY SIM spezifische Forschungsdefizite identifizieren Zu nennen sind hier insbesondere folgende Aspekte e P dagogische Implikationen des experimentellen Lernens mit Hy permedia in der beruflichen Bildung e M glichkeiten und Grenzen einer benutzerorientierten Anwendungs entwicklung mit Hilfe von Hypermedia Entwicklungssystemen e Kombinationsm glichkeiten von Hypermedia mit Simulationssyste men und e Kopplungsm glichkeiten von Simulatoren mit realen Prozessen 2 2 Arbeitsfelder und Zeitplanung Im Rahmen des Projektes wurden von der wissenschaftlichen Begleitung folgende inhaltliche Schwerpunkte gesetzt und bearbeitet I Wissenschaftliche Vorstudie nicht direkter Bestandteil des Projektes 1 Literaturauswertung zu den Aspekten Modellbildung Simulation und Hypermedia 2 T
319. ringt Die gef llige Pr sentation von Informationen seien es textuelle bildliche oder auch akustische die durch Hyperlinks miteinander verkettet sind ist vergleichsweise relativ leicht zu realisieren und erfordert nicht allzuviel Erfahrung in der Programmierung Ist aber exzessive Algorithmik n tig so kommt die eingebaute Skriptsprache schnell an ihre Grenzen So angenehm eine typfreie Programmiersprache auch sein mag sie ist fehlertr chtig Dazu kommt da l ngere Quelltexte sowie die ber eine Vielzahl von Objekten verstreuten Programmteile nur durch eine u erste Programmierdisziplin angemessen berblickt werden k nnen Unter normalen Umst nden Regelstundendeputat kann die Erstellung von hypermedialen unterrichtsbegleitenden Materialien nur eine Nummer kleiner als bei dieser Anwendung realisiert werden Denkbar w ren bei spielsweise kleine Hypermedia Anwendungen wie lebende Buchillustra tionen Animationen usw 5 3 Kostenaspekte Vordergr ndig betrachtet springen zwei Quellen ins Auge aus denen sich die Verringerung von Kosten bei der Substitution von Realsystemen durch wie auch immer geartete Simulationen speist e Beschaffungskosten Die Simulation kann die Anzahl der ben tigten Realsysteme reduzieren Das schl gt sich unmittelbar in der Anzahl der und damit den Kosten f r die zu beschaffenden Realsysteme nieder Oft erlaubt erst der Einsatz von Simulationen ein Training on 220 the Job fii
320. roach to Text Handling for the Online Scientific Community University of Matyland 1983 Univer sity Microfilms 8429934 Dissertation zit bei Schulmeister 1996 S 445 Varela F J 1990 Kognitionswissenschaft Kognitionstechnik Eine Skizze aktueller Perspektiven Suhrkamp Taschenbuch wissenschaft 882 Frankfurt am Main Suhrkamp Taschenbuch Verlag 1990 Winograd T Flores F 1986 Understanding Computers and Cognition A New Foundation for Design Ablex Norwood New Jersey Witt R 1992 Strukturelle Differenzierung und thematische Verbindung von rechtlichen und betriebswirtschaftlichen Lehrstoffen in kaufm n nischen Schulen In Achtenhagen John Hrsg Mehrdimensionale Lehr Lernarrangements Innovationen in der kaufm nnischen Aus und Weiterbildung Wiesbaden S 305 326 Zimmer G Holz H Hrsg 1996 Lernarrangements und Bildungsmar keting f r multimediales Lernen Berichte aus der Berufsbildungspra 79 xis Reihe Multimediales Lernen in der Berufsbildung BIBB N rn berg 80 Dieter Miiller 1 Moglichkeiten hypermediagestutzter Simulation Im folgenden Kapitel werden M glichkeiten hypermediagest tzter Simu lation unter technischen und didaktisch methodischen Aspekten beschrie ben Dabei werden auch Perspektiven f r den Einsatz hypermediabasierter Simulatoren im berufsbildenden Unterricht entwickelt und m gliche Reali sierungen dargestellt Eine zentrale Idee des Modellversuches HYS
321. rter Modelle Die Transferproblematik also die Frage wie das im Zusammenhang mit der Simulation gewonnene Wissen auf reale Handlungssituationen ber tragen werden kann konnte nicht vollst ndig empirisch gekl rt werden Positive Effekte zeigten sich in den F llen in denen Lernende das mit Hil fe eines Simulators gewonnene Wissen im Umgang mit einem Realsystem anwenden mu ten Schon nach den ersten Erfahrungen mit hypermediabasierten Simulatoren im Unterricht zeigte sich da haupts chlich zwei Faktoren die p dagogi sche Wirksamkeit und damit die Lernf rderlichkeit von hypermediage st tzten Lernprogrammen mit beeinflussen e Erstens ist der Umgang mit solchen Systemen f r viele Lernende neu und interessant Das Medium selbst wirkt motivierend offenbar eine Best tigung des sog Hawthorne Effekts vgl hierzu Kap II e Zweitens ist die M glichkeit hypermediabasierte Simulationen f r ausgew hlte Fragestellungen innerhalb einer komplexen f cher ber greifenden Thematik zu einem geeigneten Zeitpunkt einsetzen zu k nnen hilfreich f r eine flexible sch lerzentrierte Gestaltung des Unterrichts In vielen F llen hat sich gezeigt da der Einsatz hypermediabasierter Lernsysteme im Unterricht besonders dann sinnvoll sein kann wenn fest umrissene und berschaubare Sachverhalte gelernt werden sollen Dabei wird sowohl von Lehrenden wie Lernenden betont da es fast immer sinn voll ist die Arbeit am Rechner durch schri
322. ruck der Kausalit t liegt also kein Schlu folgerungsproze und keine Kognitive Ursachenzuschreibung zugrunde Dies steht im Einklang mit den theoretischen Grundlagen mentaler Modelle Dutke 1994 S 138f 92 Anlagen Proze Bebene Simulation des Prinzips einer seriellen Daten bertragung Modellvisualisierung dynamische Schemadarstellung der Daten ber EMU Jide tragung Protokoll Komponentenebene Simulation der Steuerung des Schnittstellen bausteines Modellvisualisierung dynamische Schemadarstellung Prinzipschalt bild der Baugruppe n Elementenebene Simulation des Schnittstellenbausteines 8251 Modellvisualisierung dynamische Darstellung Blockschaubildes des Schnittstellenbausteins u 1 I Bll Tag Abb 1 5 Mehrebenensimulation einer seriellen Schnittstelle vgl Hinweise im Text 93 1 4 Ausblick Ohne unsere Ergebnisse aus dem Modellversuch HYSIM vorwegnehmen zu wollen l t sich hier schon feststellen da die durchgef hrten Soft ware Studien vgl Kap IV und Unterrichtsvorhaben vgl Kap VI ge zeigt haben da das Konzept der Mehrebenensimulation eine wichtige Weiterentwicklung innerhalb der Simulationstechnik darstellt allerdings nicht nur aus einer informationstechnischen sondern insbesondere auch aus einer didaktischen Perspektive Das didaktische Potential eines solchen Konzeptes ist bisher praktisch nicht erforscht worden Die folgenden Ka pitel illustrieren auf
323. ruction of Information Cambridge Mass MIT M hlh user M 1991 Hypermedia Konzepte zur Verarbeitung multime dia Informationen In Informatik Spektrum 1991 14 S 281 290 Nelson T 1965 A file structure of the complex the changing and the indeterminate In Proceedings of the 20 th Nation ACM Conference pp 84 100 Cleveland OH 1965 Nielsen 1990 Hypertext and Hypermedia Boston u a Academic Press 1990 Papert S 1994 Revolution des Lernens Kinder Computer Schule in einer digitalen Welt Originaltitel The Childrens s Machine Han nover Parssaye K Chignell M H et al 1989 eds Intelligent Databases Ob ject Oriented Deductive Hypermedia Technologies New York Piaget J 1967 Psychologie der Intelligenz Z rich Resnick M 1993 Behavior Construction Kits Communications of the ACM 36 7 pp 64 71 Reuther K J 1996 Computerunterst tzte Lernarrangements in der me talltechnischen Grundbildung In Zimmer G Holz H Hrsg 1996 S 175ff Riehm U Wingert B 1995 Multimedia Mythen Chancen und Her ausforderungen Bollmann Verlag Mannheim Rumelhart D E McClelland J L 1986 Parallel Distributed Processing Explorations in the Microstructure of Cognition Vol I Foundation Cambridge London Schaub F 1995 Lost in Hyperspace Wege durch den multimedialen Wildwuchs In Medienpsychologie Jg 7 1995 Heft 4 S 262 285 Schenkel P u a Hrsg 1
324. s k nnen w hrend der Laufzeit einer Anwendung keine neuen In stanzen generiert werden Aus zeitlichen Gr nden mu te darauf verzichtet werden ein entsprechen des Framework mit einer geeigneteren Programmiersprachen zu reimple mentieren 153 Abb 5 3 Darstellung eines Planungsbiiros von dem aus man in ein Konstruktionsbiiro und in die Werkstatt verzweigen kann Abb 5 4 Darstellung eines Konstruktionsbiiros 154 Leider mu ten auch die Untersuchungen zur visuellen Darstellung und Orientierung in dreidimensionalen virtuellen R umen aufgrund des hohen Aufwands welcher mit der Erstellung einer komplexen dreidimensionalen Benutzungsoberfl che verbunden ist nach einigen Versuchen vgl Abb 5 3 u Abb 5 4 eingestellt werden Ob die Verwendung dreidimensionaler Darstellungen berhaupt Vorteile bringt oder als R ckschritt angesichts der inzwischen erreichten sthetik der Visualisierung von Benutzungs oberfl chen zu werten ist bleibt auch heute noch eine offene Frage Aus software ergonomischer Sicht waren die durchgef hrten Studien sehr aufschlu reich weil sie deutlich machten da die sthetische Seite bei der visuellen Gestaltung von Benutzungsoberflachen f r Hypermedia Anwendungen im wesentlichen auch eine funktionale Bedeutung hat Ins besondere bei komplexen Hyperstrukturen tr gt eine sorgf ltig gestaltete Benutzungsoberfl che dazu bei Beziehungen zwischen Informationen zu verdeutlichen und die Orientierun
325. samen Einflu auf den Einsatz von Arbeitsplatzrechner gehabt haben wie HyperCard In der Literatur speziell zu Hypertext wird die historische Bedeutung von HyperCard immer wieder betont obwohl Landow 1992b sicher Recht hat wenn er HyperCard nur als first approximations of hy pertext bezeichnet One system although not directly a hyper text has pushed the original idea to a broad audience HyperCard from Apple Ir ler Barbieri 1990 S 261 P dagogen und Mediendidaktiker konstatieren man k nne Hypermedien nur schwer beschreiben man m sse sie einfach erleben vgl z B Frei bichler 1990 S 100 Dies ist zwar nicht falsch allerdings ist eine theore tisch konzeptionelle Kl rung der Thematik notwendig Insbesondere soll ten die unterschiedlichen Bedeutungen von Hypertext und Hypermedia erl utert und eine Abgrenzung zu Multimedia vorgenommen werden Die se Darstellung kann allerdings kurz ausfallen da gen gend Publikationen vorhanden sind um sich darin zu vertiefen vgl z B Gloor 1990 Gloor Streitz 1990 Glowalla Schoop 1992 Kuhlen 1991 M hlh user 1991 Schulmeister 1996 Schupp 1992 1 2 Hypertext und Hypermedia Oft wird der Terminus Hypertext im gleichen Kontext wie Hypermedia gebraucht Beide basieren auf dem gleichen Konzept wobei Hypertext im eigentlichen Sinne die elektronische Speicherung Verarbeitung und Dar stellung von Textdokumenten beinhaltet Im Gegensatz zu konventionellem Text der nur lin
326. satorische Erfahrungen Die Hauptarbeitsphase mit der Lernsoftware fand in einem der Computer r ume des Schulzentrums Utbremen statt Zum Zeitpunkt der Durchf h rung der Unterrichtseinheit war es recht schwierig gen gend Rechner zu finden die die Anforderung an die Hardwareausstattung erf llten SVGA Speicherplatz u Diese Situation hat sich inzwischen aufgrund von Er g nzungsbeschaffungen etwas gebessert Es wird aber allerdings auch in Zukunft notwendig sein bei einem Einsatz solcher Software im Rahmen einer ganzen Klasse durch Raumtausch sich Zugang zu einem speziell aus gestatteten Informatikraum zu verschaffen Die sonst vereinzelt in den Unterrichtsr umen vorhandenen Rechner sind nur teilweise f r solche Me dien eingerichtet Es war ein Gl cksfall f r die Erprobung des Systems da es auf Grund der Stundenplangestaltung dem Autor m glich war nicht nur im Physikpraktikum die Unterrichtseinheit durchzuf hren sondern auch die Einf hrung in die Vakuumtechnik im Rahmen des Unterrichts in Physikalischer Chemie schwerpunktm ig und weit ber den sonst bli chen Zeitrahmen hinaus vorzubereiten was den Verlauf der Unterricht seinheit positiv beeinflu te 6 3 Erfahrungen bei der Softwareentwicklung Die Aussicht Lernsoftware ohne gro en Programmieraufwand f r Sch ler zu entwickeln und die grafische Oberfl che von Windows sowie Grafiken Bilder Videosequenzen und Fremdprogramme zu benutzen war am An fang des
327. schungszentrum artec Univer sitat Bremen Unver ffentlichtes Arbeitspapier Bruns F W 1983 CNC Steuerung einer Mini Fr smaschine C S Ber lin Bruns F W 1990 Die Simulation als Qualifikationsmittel In 3 Sach bericht Modellversuch Roboter als CIM Komponenten in der be ruflichen Bildung Bremen 1990 S 157 ff Bruns F W Busekros L Heimbucher A 1992 Simulation Container br cke und Transtainerlager f r Bremer Lagerhaus Gesellschaft Do kumentation Universit t Bremen Forschungszentrum artec Februar 1992 Bundesinstitut f r Berufsbildung BIBB 1993 Multimediales Lernen in neuen Qualifizierungsstrategien Entwicklungstendenzen und L sungswege N rnberg Chapanis A van Cott H P 1972 Human engineering tests und eva luations In Van Cott H P Kinsade R G Eds Human Engi neering Guide to Equipment Design Revised Ed Washinton D C Us Goverment Printing Office pp 701 728 Zit bei Johannsen G 1993 Mensch Maschine Systeme Berlin Heidelberg u a Daldrup U 1987 Computersimulation im Unterricht Neues lernen neues Lernen Herausgegeben von Gorny P Fachbereich 10 In formatik Universit t Oldenburg Zentrum f r p dagogische Berufs praxis Daldrup U Gorny P 1989 Modellbildungssysteme im Unterricht In Log in 1989 Heft 4 S 7ff 50 Dieterich R 1994 Simulation als Lernmethode In Petersen J Reinert G B Hrsg 1994 Lehren und ler
328. seinheit 1 Hypermediasystem zum Kommunikations Berufsschule f r Thema Serielle Schnittstelle elektroniker in Elektrotechnik Eblinger Gr ger Tussinger 2 Lern u Simulationssoftware Industrie Schulzentrum SPS gesteuerte Pneumatik mechaniker in Im Holter Feld Gathmann 3 Lern u Simulationssoftware Industrieme Schulzentrum Selbsthalteschaltungen in chaniker in Im Holter Feld der Elektropneumatik Sch fer 4 Hypermediagest tzte Soft BFS Techn Assi Schulzentrum ware zur Simulation eines stent in f r Vegesack Mikroprozessors Informatik B ck 5 Lernsystem Vakuumtechnik BFS Phys techn Schulzentrum Echtzeitsimulator u Assistent in Utbremen J ger Hypertext Lehrbuch Buschart Herzog 6 Untersuchungen von Simu Fachoberschule Schulzentrum latoren zur Robotik FR Elektrotechnik Vegesack Wolter Tabelle 1 1 Erprobte Lernsoftware Unterrichtseinheiten Hypermediasystem zum Thema Serielle Schnittstelle Das Hypermediasystem zum Thema Serielle Schnittstelle wurde von den Autoren entwickelt um die serielle Schnittstelle eines konkreten Mikro computersystems welches im Fachunterricht eingesetzt wird so zu mo dellieren da die Visualisierung der im Realsystem verborgen ablaufenden Vorg nge m glich wird Das entstandene hypermediabasierte Simulations system soll so zur Verbesserung der Anschaulichkeit komplexer Ursache Wirkungs Zusammenh nge beitragen vgl Eblinger Tussinger S 187f
329. sichtspunkten beschreiben und beurteilen Da das Lernen mit rechnerba sierten Simulationsmodellen verschiedene Formen des Umgangs mit Mo dellen wie die Modellkonstruktion und die Modellbenutzung beinhaltet k nnen Fragen der Verst ndlichkeit und der Komplexitatsreduktion unter diesen Perspektiven diskutiert werden Entsprechend lassen sich Abbil dungskriterien und Transformationsregeln formulieren die deutlich ma chen auf welche Art und Weise didaktisch vereinfachte und damit lernf r derliche Simulationsmodelle entwickelt bzw in Lernsituationen bereitgestellt werden k nnen In diesem Sinne k nnen lernf rderliche und verst ndnisf rdernde Komplexit tsreduktionen auf folgenden Ebenen er folgen 1 Auf der Ebene der Modellkonstruktion Modellanalyse Modelltransfor mation durch e Auslassen und Vernachl ssigung von Attributen des Originalberei ches bzw durch eine Verringerung der inhaltlichen Angleichung des Modells an das Original im Sinne der didaktischen Pr terition Hier durch resultiert im Modell eine verringerte Merkmalskomplexit t ei ne Vergr berung der Relationsstruktur und eine Reduktion des In formationsgehalts e Anf gen verst ndlichkeitsf rdernder Merkmale z B mit Hilfe textu eller optischer oder akustischer Zusatzinformationen an das Modell im Sinne der didaktischen Abundanz Hierdurch er ffnen sich f r den Modellbenutzer Erweiterungen auf der Wahrnehmungsebene die ebenfalls eine lernunterst tzen
330. sierte Verfahren ihre Schw chen weil sie den besonderen situativen Bedingungen von Unterricht nur sehr eingeschr nkt gerecht werden k n nen Auch ist isolierte Evaluation der einzelnen Interaktion zwischen Ler nenden und Rechner konzeptionell und methodisch nicht ausreichend An gesichts dieser Situation kommen einige Autoren sogar zu dem Urteil da Software Evaluation mehr oder weniger auf Null Hypothesen vgl Schulmeister 1996 S 365 basiert Eine extreme Position nimmt bei spielsweise Negroponte ein der Evaluation grunds tzlich ablehnt I have little respect for testing and evaluation in interface research My argument perhaps arrogant is that if you have to test something carefully to see the difference it makes then it is not making enough of a difference in the first place Negroponte 1995 S 99 Sicherlich ist dies eine Position die wir nicht in der Weise teilen Allerdings sind auch wir uns der Begrenztheit von Software Evaluationen bewu t halten diese aber unter bestimmten Voraussetzungen sinnvoll und gewinnbringend Vor dem Hintergrund der im Kap II 1 2 dargestellten lernpsychologi schen und didaktisch methodischen Aspekte zum Lernen mit hypermedia len Simulationen und den oben skizzierten Problematiken der Evaluation von Software wurde im Modellversuch HYSIM folgenderma en vorge gangen e Die Erfahrungen und Einsch tzungen aus der Entwicklung und dem unterrichtsbezogenen Einsatz der einzelnen in den Fallstu
331. sierung einer Evolventenverzahnung Als Beispiel einer dreidimensionalen Animation wurde der Abw lzvor gang zweier Zahnr der mit Evolventenverzahnung visualisiert Bei der Animation wird der Druckpunkt an dem die Z hne der zwei Zahnr der miteinander Kontakt haben optisch hervorgehoben Um dieses zu veran schaulichen reicht auch eine statische Abbildung Erst der Vorgang des Abrollens macht den Einsatz einer Animation sinnvoll Da der Verlauf des Druckpunktes w hrend der Bewegung der Zahnr der optisch hervorgeho ben wird l t sich deutlich zeigen da sich der Abrollpunkt der Z hne auf einer linearen Bahn bewest vgl Abb 6 2 Abb 6 2 Dynamische Visualisierung einer Evolventenverzahnung 158 6 3 Montage einer Zahnradpumpe In dieser Animation werden die Komponenten einer Zahnradpumpe und deren Montage visualisiert Begonnen wird mit den wichtigsten Bestand teilen den zwei ineinandergreifenden Zahnr dern In zwei weiteren Schritten folgt das Einsetzen der vier Laufbuchsen Abschlie end werden Boden und Deckel der Zahnradpumpe montiert Bei dieser Animation wurde angestrebt mit Hilfe der dreidimensionalen Repr sentation die ab strakten technischen Zeichnungen durch eine anschauliche Darstellung zu erg nzen Das Hauptaugenmerk dieser Studie liegt im Gegensatz zu den bisherigen Animationen nicht nur auf der Visualisierung von Abl ufen sondern auch auf der r umlichen Darstellung eines komplexen K rpers A anc
332. siv im Rahmen von Forschungsprojekten zu ent wickeln um Theorien im Sinne Minskys nicht nur abstrakt sondern auch aus konkreten Beispielen abzuleiten 127 To build a theory one needs to know a lot about the basic phenomena of the subject matter We simply do not know enough about these in the theory of computation to teach subject very abstractly Instead we ought to teach more about the particular examples we now understand thorouhly and hope that from this we will be able to guess and prove more general principles Minsky zit bei Booch 1994 S 291 Bei der Abw gung der Vor und Nachteile der im Modellversuch HYSIM gew hlten methodischen Vorgehensweise kommen wir insgesamt zu posi tiven Schlu folgerungen Das Projekt HYSIM war mit vielen Unw gbar keiten behaftet Die Ann herung an diese neuartige Thematik mit Hilfe des Software Prototyping half vor allen Dingen dabei Erfahrungen zu sam meln Ideen zu vergegenst ndlichen und sie produktiv und begreifbar in nerhalb der Projektgruppe zu verwerten 1 4 Literatur Booch G 1991 Object Oriented Design with Applications Redwood Cal 1991 Budde R Kuhlenkamp K Mathiassen L Z llighoven H eds 1984 Approaches to Prototyping Springer Verlag Berlin Heidelberg Carroll J M 1991 History and Hysteresis in Theories and Frameworks for HCI In Diaper D Hammond N eds People and Computers VI Proceedings of the HCI 91 Conference British Computer So
333. sm glichkeiten geschaffen veranschaulicht und vari iert werden die am realen Objekt nicht beobachtbar oder nur mit einem gro en Zeitaufwand realisierbar sind Aufgrund der Komplexit t des Sachverhaltes wurde die hier beschriebene Lernsoftware zum Thema Serielle Schnittstelle so konzipiert da die Aus zubildenden die serielle Daten bertragung in Teilschritten kennenlernen Zun chst geht es in der Simulation um die wesentlichen Funktionsprinzi pien In einem zweiten Schritt wird dann die Einbindung der Schnittstelle in ein Computersystem demonstriert Schlie lich wird die M glichkeit ge boten die Schnittstelle in ihrer gesamten Komplexit t einschlie lich ihrer Programmierung und Steuerung kennenzulernen i Die serielle Daten bertragung OF x Ss ae KEEEERENEN KEEEEEEEEEEEEEEN Q npT 1 nde Sende TxD Sfeofol o El ee el a Eu SeSe RTS pan a Icy Abb 2 1 Simulation eines Schnittstellenbausteins 188 Handlungsaspekt Mit der zunehmend verf gbaren multimedialen Software ver ndert sich auch die Rolle der Lehrenden und Lernenden Der von vielen Lehrerinnen und Lehrern meist ngstlich geh tete Wissensvorsprung wird seine Be deutung immer mehr verlieren Lernstoffe die nicht nur traditionell son dern zunehmend auch multimedial aufbereitet sind erfordern eine andere Organisation des Lernens Eigeninitiative der Sch ler ist gefragt spieleri sches Experimentieren u
334. spielsweise CNC Maschinen und Handhabungsroboter f r viele berufliche Bildungsst tten auch nicht sinnvoll Es ist deshalb davon auszugehen da durch Simulato ren partiell kostspielige Realsysteme f r Unterrichtszwecke ersetzt bzw erg nzt werden k nnen und sinnvolle Einsparungen m glich sind Zu einem hnlichen Ergebnis kommt Kusch in seiner CNC Studie siehe oben Die M glichkeit einer zeitgleichen parallelen Ausbildung von Teilnehmern an mehreren Computersimulationssystemen vermindert die Lehrgangsgesamtdauer Dar ber hinaus ist ein solches Ausbildungssystem deutlich kosteng nstiger Hervorh D M als eine vergleichbare Anzahl von CNC Werkzeugmaschinen Kusch 1992 S 89 Wie Dieterich zutreffend anmerkt sind konomische Aspekte auch in ei nem umfassenden psycho konomischen Sinne zu verstehen Er nennt hier neben finanziellen Einsparungen u a folgende Aspekte Ersparnis an Lernaufwand Lernschwierigkeit und Lernzeit Psychische Ersparnis von Belastung Mi erfolg und Sanktionen Reduktion von Gefahren und Risiken Materialschonung Reduktion von Umweltbelastungen und Ver brauch Ersparnis an Lehrpersonal und personaler Lehrkapazit t S 210 Es ist sicherlich davon auszugehen da Simulationssysteme in vielen F l len kostspielige Realsysteme f r Unterrichtszwecke sinnvoll erg nzen oder in einzelnen F llen sogar ersetzen k nnen Allerdings ist es erforderlich sich im konkreten Fall ein m glichst
335. starten Abb 2 1 CNC Simulator 2 2 Simulator fur Fertigungsplanung Im Rahmen einer zweiten Studie wurde ein kleiner hypermediabasierter Simulator fiir die Modellierung und Simulation von Fertigungsprozessen implementiert Das System orientiert sich an den Konzepten verf gbarer ereignisgesteuerter Simulatoren z B AutoMod SIMPLE ist aber in Aufbau und Bedienung wesentlich vereinfacht Die Entwicklung erfolgte mit Hypercard Aufgrund der sich bei der Entwicklung zeigenden konzep tionellen Grenzen wurde die Anwendung nur in Teilen implementiert Der Simulator ist so ausgelegt da die Modellierung von Fertigungsein richtungen mit Hilfe von Baukastenelementen wie Quellen Senken Mon tageeinrichtungen Maschinen usw m glich ist Simuliert werden kann der Material bzw Werkst ckflu durch das modellierte System Eine statisti 132 sche Ausgabe der Durchlauf und Bearbeitungszeiten erm glicht die Be urteilung verschiedener Szenarien Abb 2 2 Simulator f r Fertigungsplanung 2 3 Ergebnisse Die oft widerspr chliche und verwirrende Bewertung von Programmier sprachen und Sprachkonzepten in der Literatur ist nicht nur auf subjektive Wertma st be pers nliche Vorlieben und Eigenarten zur ckzuf hren sondern hat ihre Ursache auch in der Komplexit t des Untersuchungsge genstandes Insofern spiegeln die folgenden Ergebnisse z T auch unsere subjektiven Einsch tzungen wider Bez glich der zuvor dargestellt
336. stemen Leitmotiv dieses Aspektes waren berlegungen wie beispielsweise eine in der Beschaffung und Nut zung kostenintensive Werkzeugmaschine unterrichtlich effizienter eingesetzt werden kann Im Verlauf des Modellversuches sollte au erdem untersucht werden welche Entwicklungstendenzen im Bereich der Hypermediasysteme zu erwarten sind und wie die Berufsp dagogik gestaltend darauf Ein flu nehmen kann wie die M glichkeiten der Verkn pfung verschiedener Medien zu ei ner didaktischen Einheit zu bewerten sind welche Hard und Softwarekomponenten f r den Einsatz im Fachun terricht geeignet sind wie sich der Einsatz solcher Hypermediasysteme auf die sozialen Be ziehungen im Unterricht auswirken und wie die Lehreraus und fortbildung aufgebaut sein mu um diese Entwicklungen angemessen reflektieren und nutzen zu k nnen 1 1 Beteiligte Schulen Urspr nglich war geplant den Modellversuch nur an einer Beruflichen Schule durchzuf hren Bei den vorbereitenden Arbeiten war allerdings bald zu erkennen da die m gliche Bandbreite des Einsatzes von Simula tionssystemen in beruflichen Schulen zu gering sein w rde und die perso nalen Ressourcen nicht ausreichen w rden die beabsichtigten Zielsetzun gen zu erreichen Die Ausweitung auf weitere Schulen erforderte zwar einen etwas h heren organisatorischen Aufwand der sich jedoch bezogen auf den Umfang und die Relevanz der Modellversuchsergebnisse gelohnt hat Die
337. stungsbewertung ihre Ber cksichtigung finden 2 2 Softwareentwicklung F r die Autoren war dies der erste Versuch mit einem Hypermedia Entwicklungssystem Lernsoftware zu entwickeln Obwohl schon Pro grammiererfahrung in Assembler BASIC und PASCAL Programmierung vorhanden war zeigte sich bei der Entwicklung der Lernsoftware da sich der Umgang mit dem eingesetzten Entwicklungssystem weit schwieriger als angenommen gestaltete Der notwendige Entwicklungsaufwand betrug etwa 250 300 Stunden und lag damit weit h her als vorher vermutet Erschwerend kam hinzu da insbesondere bei der Programmierung der Simulationen sehr schnell die Grenzen des skriptbasierten Entwicklungssystems erreicht wurden Das Projektziel eine serielle Schnittstelle in ihrer gesamten Komplexit t in ei ner Simulation nachzubilden war deshalb im nachhinein betrachtet zu hoch gesteckt Eine Entwicklung von Software in dieser Gr enordnung 190 ist deshalb neben den normalen Unterrichtsverpflichtungen eines Lehrers im Regelfall nicht m glich und sinnvoll 2 3 konomische Aspekte Bezieht man lediglich den bereits angesprochenen Zeitaufwand in der Gr enordnung von 250 Stunden bei der Betrachtung des konomischen Aspektes in die Kalkulation mit ein so ergeben sich betr chtliche Kosten Die Nutzungsdauer einer derartigen Lernsoftware wird bei der rasanten technischen Entwicklung im Bereich der Computertechnik auf wenige Jah re ca 5 Jahre be
338. t Die Notwendigkeit einer Evaluation wird im allgemeinen nicht in Zweifel gezogen insbesondere wenn es sich bei den zu evaluierenden Projekten um neuartige und innovative Vorhaben handelt die mit ffentlichen Mit teln gef rdert werden und die bertragbarkeit beanspruchen Gleichwohl geht mit der Forderung nach Evaluation von Projekten regelm ig das Problem einher Modelle und Konzepte zu finden mit denen eine Evalua tion sinnvoll und zweckm ig ist Die Anzahl divergierender Evaluati onsmodelle die inzwischen ver ffentlicht und von Wissenschaftlern emp fohlen worden sind ist kaum noch zu berblicken Das Spektrum reicht von Konzepten die auf einen je einzelnen und eingeschr nkten Anwen dungsbereich hin konzipiert worden sind und deshalb kaum bertragbar sind bis hin zu Ans tzen die sehr allgemein ausgelegt und auf fast alle p dagogische Bereiche bertragbar sind allerdings spezifische Faktoren zu untersuchender Sachverhalte nicht erfassen Es kann in diesem Zusammenhang keine Darstellung der vielf ltigen Eva luationsmodelle vorgenommen werden vgl hierzu z B die Ans tze von Wulf 1972 1975 Neul 1977 Prell 1984 Scrivens 1980 Allerdings soll jedoch auf ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal von Evaluations formen in diesem Zusammenhang eingegangen werden weil dies f r den Modellversuch HYSIM bedeutsam ist Gemeint ist hier die Differenzie rung zwischen summativer und formativer Evaluation 100 Die summ
339. t Hilfe von Simulationen kann dar ber hinaus das Prinzip serieller Daten bertragung veranschaulicht werden Mit einem weiteren Modul kann die Anbindung eines Interface Bausteines an den Prozessor simuliert und entsprechend visualisiert werden Dar ber hinaus ist es m glich auch die Steuerung und Programmierung eines Schnittstellenbausteines zu simulieren ber den Begr ungsbildschirm erh lt man unter HILFE eine kurze Einf hrung zur Benutzung der Lernsoftware Dabei wird insbesondere die Funktion der Druckkn pfe beschrieben mit denen man sich durch das Programm navigieren kann Von der Themenauswahl des Begr ungsbildschirmes erreicht man die einzelnen Kapitel des Hypertext Lernbuches Bildschirmfoto zeigen Anwendungsgebiete Technische Informatik Digitaltechnik Programmierung Bemerkungen Das Programm enth lt umfassende M glichkeiten der Simulation komplexer Schaltungsabl ufe es eignet sich aufgrund des integrierten Hilfesystems zum eigenst ndigen interaktiven Lernen Weitere Informationen sowie unterrichtliche Erfahrungen mit diesem Lernprogramm sind in den Projektberichten nachzulesen Hardwareumgebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows Es wird ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung ben tigt D M ller 20 8 1996 HYSDM Home Softwareliste HESIM Fi Document Done u 4 306 Anhang 4 Netscape HYSIM SPS Slim File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help H
340. t deshalb fehlen Register und In terrupts Das Lernprogramm enth lt umfassende hypertextbasierte Hilfe funktionen Um die p dagogischen Intentionen die in diesem Vorhaben verfolgt wurden deutlich zu machen wird im folgenden zun chst auf den besonderen Zusammenhang von Real und Modellsystem eingegangen CPU und Befehlssatz des Realsystems MFA Computer Die CPU des Realsystems ist ein 8 Bit Prozessor mit 16 Bit breitem Adre und Datenbus Die Prozessor Register sind 8 bittig lassen sich aber f r einige Befehle 16 bittig ansprechen dabei ist der Befehlssatz alles andere als orthogonal Diese Komplexit t verwirrt eher Das Zusammen spiel zwischen CPU und Peripherie wird nicht deutlich die einzelnen Pha sen Holen Decodieren Ausf hren bei der Abarbeitung des Codes blei ben im dunklen Die Quelltexteingabe und Assemblierung erfolgen auf einem Industriestandard PC Die Quelltexte werden mit einem Texteditor erstellt und bearbeitet von dem aus sich ein Crossassembler und ein Da 215 ten bertragungsprogramm starten lassen Ist der Assembliervorgang er folgreich wird das Assemblat ber eine serielle Verbindung in den Ar beitsspeicher des MFA Rechners geladen Dort kann der Code dann mit einem Monitorprogramm gestartet und ausgef hrt werden Programmstart und Debuggen finden in einem karg ausgestatteten Monitorprogramm statt Zusammenfassend l t sich feststellen Wie ein Von Neumann Rechner arbeitet l t sich am Realsys
341. t und Sport in Verbindung mit dem Bundesministerium fiir Bildung Wissenschaft Forschung und Technologie Beteiligte Schulen Berufsschule fiir Elektrotechnik Kurt Eblinger ztw G nther Gr ger ztw Pierre Tussinger Schulzentrum Im Holter Feld Hermann Gathmann Peter Schafer Schulzentrum Utbremen Ernst W Jager Buschart Heinrich Herzog Schulzentrum Vegesack Wolfram B ck Dr Walter Mei ner ztw R diger Wolter Wissenschaftliche Begleitung Prof Dr F Wilhelm Bruns Achim Heimbucher Dieter M ller Inhaltsverzeichnis VORWORT PROJEKTZIELE UND METHODISCHES VORGEHEN 1 Projektziele und methodisches Vorgehen aus schulischer Sicht J rgen Steenbock 2 Projektziele und methodisches Vorgehen aus Sicht der wissenschaftlichen Begleitung F Wilhelm Bruns Achim Heimbucher Dieter M ller Il DIDAKTISCHE DIMENSIONEN HYPERMEDIALER SIMULATION 1 Lernen mit rechnergest tzten Simulatoren Dieter M ller 2 Lernen mit Hypermedia Dieter M ller 3 M glichkeiten hypermediagest tzter Simulation Dieter M ller Ill EVALUATIONSKONZEPT 1 Evaluationskonzept im Modellversuch HYSIM Dieter M ller IV REALISIERUNG HYPERMEDIAGEST TZTER SIMULATIONS SYSTEME PROTOTYPISCHE BAUSTEINE UND ANS TZE 1 Zur Bedeutung des Software Prototyping im Modellversuch Dieter M ller 11 21 23 55 81 97 99 121 123 MN Studien zur Implementierung von Simulationen mit Hilfe von Hypermedia Entwic
342. tbildung dient der Qualit tssicherung Sie bezieht sich prim r auf die im Rahmen der ersten und zweiten Phase der Lehrerausbildung erworbe nen Qualifikationen und bezweckt die Erhaltung und Verbesserung der fachlichen und p dagogischen Kompetenz des Lehrers Lehrerweiterbildung zielt dagegen auf den Erwerb neuer Qualifikationen Sie soll also in erster Linie dazu dienen P dagogen f r unterrichtliche T tigkeiten zu qualifizieren f r die sie nicht ausgebildet worden sind Nach dem allgemeinen Verst ndnis beinhaltet das die formale Qualifikation f r eine neues Unterrichtsfach d h die Erlangung einer zus tzlichen Fakultas Dementsprechend ist die Weiterbildung inhaltlich und zeitlich umfassen der konzipiert und durchaus mit einem Zusatzstudium zu vergleichen Obwohl viele Berufsp dagogen nach eigenem Bekunden die Einarbeitung in die zur Diskussion stehenden Inhalte als Erwerb grunds tzlich neuer Qualifikationen empfinden geht es hier aber nicht um eine zus tzliche Fa kultas f r ein neues Unterrichtsfach Die Einf hrung eines zus tzlichen eigenst ndigen Faches ergebe weder unter fachlichen noch p dagogischen Gesichtspunkten einen Sinn und steht auch nicht zur Diskussion Aller dings deutet vieles darauf hin da durch den innovativen Gehalt dieser technologischen Entwicklungen und den damit verbundenen p dagogi schen Implikationen und Komplikationen das g ngige Verst ndnis von Lehrerfortbildung im Sinne einer Qualifikati
343. te Wegeventil eines doppelt wirkenden Pneumatikzy linders anzuschlie en Dabei k nnen die Sch ler die Verdrahtung der Steuerungskomponenten zun chst gefahrlos mit dem Simulator durchf h ren bevor dann an der realen Anlage die Verbindungen erstellt werden Im zweiten Teil k nnen die erworbenen Kenntnisse verwendet werden um statt eines einfachen Schalters den Ausgang einer SPS zu verwenden Dazu m ssen die Lernenden eine Speicherprogrammierbare Steuerung SPS mit der Pneumatikanlage fachgerecht verkoppeln Schlie lich kann im dritten Teil durch das Zeichnen eines Weg Schritt Diagramms die Folgesteuerung von drei Zylindern grafisch programmiert werden Mit dem zweiten Modul k nnen die Impulse f r die Zylinderbewegungen ber die parallele Schnittstelle des Rechners auch auf reale Systeme ber tragen werden 3 1 Didaktische Aspekte Die Lernsoftware enth lt sowohl Hypertextelemente als auch verschiedene Simulationsmodule sie ist wie ein Lehrbuch gegliedert und aufgebaut Um die didaktischen Intentionen der Konzeption zu verdeutlichen werden ei nige wichtige Seiten dieses elektronischen Buches erl utert Auf der zweiten Seite der Lernsoftware vgl Abb 3 1 soll der Lernende in die Lage versetzt werden nach einem Stromlaufplan das elektrisch ge steuerte Wegeventil eines Pneumatikzylinders anzuschlie en Um die Ver 193 bindung sp ter am realen physikalischen Modell mit der richtigen Farbe der Kabel herstellen zu k n
344. tehen sowohl ein ToolBook Beispiel Dateigr e ca 40 KB gepackt zip Datei wie auch der komplette Quellcode der notwendigen DLL Dateigr e ca 40 KB gepackt zip Datei Kurzbeschreibung Dieses Beispiel zeigt die M glichkeit der Verwendung einer Sprechblasen Hilfe innerhalb einer ToolBook Anwendung Das Programm benutzt eine von uns entwickelte DLL bubblhlp dll Die DLL kann auch in eigene Anwendungen integriert werden Softwareentwicklung Durch Mausklick gelangen sie zum Glossar Anwendungsgebiete Softwareentwicklung Programmierung Bemerkungen Dieses Beispiel kann in Fortbildungsveranstaltungen oder fiir Eigenentwicklungen Lasst rrena Ann Dina avahihelinha DB nachenth sie dee DIT Ten mer mamnami nwa hanattatalla ai Tj Document Done Ma Z 319 Anhang 4 Netscape HYSIM Sprechblasen Hilfe File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Anwendungsgebiete Softwareentwicklung Programmierung Bemerkungen Dieses Beispiel kann in Fortbildungsveranstaltungen oder f r Eigenentwicklungen benutzt werden Eine ausf hrliche Beschreibung der DLL Programmidschnittstelle befindet sich im Programm mit Quellcode in C Die Idee basiert auf einem Pascal Programm aus der Zeitschrift c t vel Heft 3 1995 5 286 Hardwarewngebung Betriebssysteme PC min 386 MS Windows Es wird ToolBook 1 5 Entwicklungs oder Runtime Umgebung ben tigt Die beigelegte DLL sollte s ch im
345. tellungen zu zentralen Aspekten des forschungsmethodischen Vorge hens finden sich au erdem im Kapitel III Evaluationskonzept und Kapi tel IV Software Prototyping 2 1 Projektziele Aus Sicht der wissenschaftlichen Begleitung l t sich die Zielsetzung des Modellversuches HYSIM wie folgt umrei en Im Zentrum der wissen schaftlichen Begleituntersuchung stand die experimentelle Analyse der M glichkeiten und Grenzen des Einsatzes hypermediagestiitzter Simulati on in der beruflichen Bildung f r den gewerblich technischen Bereich Auf systemtheoretischer und lernpsychologischer Ebene interessierten insbe sondere Fragen zur Abbildbarkeit komplexer Systeme in Modelle und zum Beitrag den Simulation zum besseren Verst ndnis und zur besseren Be herrschung der realen Systeme leisten Kann Dabei war zu untersuchen unter welchen Bedingungen hypermediagest tzte Simulatoren andere Lernmedien sinnvoll erg nzen oder ersetzen k nnen Auf didaktischer Ebene ging es um Fragen des experimentellen Umgangs mit hypermedia gest tzten Simulationswerkzeugen D h die Bedeutung des Rechners als Werkzeug und als Medium im Unterricht der Berufsschule besonders als experimentelles Lernsystem war zentraler Gegenstand der wissenschaft lichen Untersuchung Im Rahmen unterrichtsbezogener Praxisstudien be stand die Aufgabe der wissenschaftlichen Begleitung darin die im Verlau fe des Projektes entstandenen Software Pakete sowie die durchgef hrten Unter
346. tem wegen der Komplexit t und Inorthogo nalit t des Befehlssatzes der Komplexit t der Bedienung und dadurch da wesentliche Dinge verborgen bleiben nur sehr unzureichend und erst nach langem Vertrautmachen mit dem Realsystem erfahren 4 EduCPU _ToIx Programm Quadratzahl quadratzahl a lda 1 sta ung initialisieren ul sum seingabe n eing 8 darf nicht Einzelschritt N ssichern 166668 eing zahl muss lt 16 sein fertig swenn n 6 sum ung sum Animation Neue Seite gt el es IE 2 3 4 2 6 7 8 9 A B C DEE Seite l schen 156 61 59 26 56 66 59 2C 12 4C 68 59 2A AS 10 HE Datenbus Kontrollbus schreiben Adressbus Abb 5 1 EduCPU CPU und Befehlssatz des Modellsystems Die Modell CPU basiert auf einem 8 Bit Prozessor mit 8 Bit breiten Adre und Datenbus Es gibt keine Register bis auf den Akkumulator Dar ber hinaus existieren nur 1 Byte bzw 2 Byte Befehle Ein und Aus gabebefehle wurden als Maschinenbefehle realisiert da es in der Simulati on keine Verbindung zu irgendeiner Peripherie wie Kippschalter oder Leuchtdiodenzeilen gibt Die Eingabe von Daten erfolgt dementsprechend 216 ber ein Dialogfenster dabei wird zwischen Zahlen ohne und Zahlen mit Vorzeichen unterschieden Der Befehlssatz der Modell CPU ist weitge hend orthogonal wie folgendes kleines Assembler Listing verdeutlicht Ten Programm ZeailVergeleh Tran erfragt Zahlen
347. teuerungstechnik F r Lernende die kaum Kenntnisse in Elektronik und Pneumatik besitzen bieten Analogien zwischen mechanischen und elektronischen Steuerungselementen einen einfachen Einstieg Weitere Informationen sowie unterrichtliche Erfahrungen sind in den Projektberichten nachzulesen 3 38 Document Done u 4 302 Anhang 4 Netscape HYSIM Elektropneumatik Selbsthalteschaltungen File Edit View Go Bookmarks Options Directory Window Help Dateitransfer Datei vom Server laden Dateigr e ca 60 KB gepackt zip Datei ca 200 KB entpackt besteht aus 2 Dateien Kurzbeschreibung Das Programm Paket Selbsthalteschaltungen in der Elektropneumatik besteht aus dem Programm SH Tast und SHSensor Mit den beiden Programmen k nnen Selbsthalteschaltungen mit Rollentastern bzw mit Reed Sensoren in der Elektropneumatik simuliert werden Im einzelnen bieten die Programme folgende M glichkeiten Erkl rung der Bauelemente Simulation der Schaltungen einschlie licher der Sondefunktionen der Schaltung mt Reed Sensoren Die einzelnen Elemente beider Schaltung und ihre Funktion lassen sich durch Anklicken mit der Maus erkunden Kurze Erkl rungen des Bauteils und seiner Funktion erscheinen im Kommentarfeld unter den Schaltpl nen Dar ber hinaus k nnen versch Schaltvorg nge simuliert werden Die dynamischen Elemente der Schaltungen werden dabei entsprechend visualisiert um die funktionallen Zusammenh nge deutlich zu m
348. tor ist an Fragen Anregungen und Tips im Zusammenhang der hier beschriebenen Lernsoftware sehr interessiert e mail gathmann uni bremen de 3 5 Literaturhinweise Bruns F W M ller D Steenbock J 1995 Hypermediagest tzte Si mulationssysteme f r berufliche Schulen 3 Zwischenbericht zum Modellversuch Senator f r Bildung und Wissenschaft Bremen Gathmann H Sch fer P 1995 Unterrichtliche Erprobung und Weiter entwicklung der Lern und Simulationssoftware zur Elektropneumatik Speicherprogrammierbare Steuerung SPS In Bruns u a S 66ff S 104 199 Peter Sch fer 4 Lern und Simulationssoftware Selbsthalteschal tungen in der Elektropneumatik Das Programmpaket Selbsthalteschaltungen in der Elektropneumatik wur de fiir den Fachunterricht in der Steuerungstechnik Berufsfeld Metall technik Industriemechaniker entwickelt und erprobt Die Software bietet die M glichkeit Selbsthalteschaltungen mit Rollentastern bzw mit Reed Sensoren in der Elektropneumatik zu simulieren Im einzelnen wurden fol gende Programmfunktionen implementiert Erkl rung der Bauelemente und die Simulation verschiedener funktionaler Zusammenh nge Die ein zelnen Bauelemente der Schaltung und ihre Funktion lassen sich durch Anklicken mit der Maus erkunden Kurze Erkl rungen des Bauteils und seiner Funktion erscheinen im Kommentarfeld unter den Schaltpl nen Dar ber hinaus k nnen verschiedene Schaltvorg nge simuliert werden
349. transferieren 1 2 Funktion und Organisation der Evaluation Die Evaluation im Modell HYSIM wird von allen Beteiligten getragen e den Lehrkr ften die Lernsoftware bzw Unterrichtsvorhaben entwik keln und erproben e den Lernenden die mit neuartigen Lernmedien konfrontiert werden e der wissenschaftlichen Begleitung die Informationen zum neuesten Stand der Forschung einbringt sowie neue Konzepte rezipiert reflek tiert und mithilft diese unterrichtsbezogen umzusetzen und zu erpro ben Wegen der unterschiedlichen Arbeitsaufgaben und interessen der Betei ligten schien eine gewisse Arbeitsteilung angemessen Dabei wurde in der Anfangsphase des Projektes HYSIM festgelegt wer welche Bereiche bzw 103 Informationskomplexe bearbeitet d h protokolliert bzw erhebt und aus wertet vgl Kap I Die Funktion des in diesem Vorhaben entwickelten Evaluationsmodells als proze begleitendes und unterst tzendes Konzept liegt nicht nur in der Bewertung der entwickelten Softwaremodule Materialien und Unter richtsvorhaben sondern auch im Moment der Innovation fiir die schulische und die forschungsbezogene Praxis Vor diesem Hintergrund wird also nicht nur die schulische Praxis einer gemeinsamen Bewertung unterwor fen Ebenso ist auch die wissenschaftliche Begleitung Adressat einer so verstandenen Evaluation Gem diesem Anliegen bestand ein wesentli ches Konzeptmerkmal der Evaluation im Modellversuch HYSIM darin die organisatorischen
350. udie auf eine Disposition des Menschen hingewie sen haben sich Lern Erfahrungen auf spielerischem Wege anzueignen Interessant ist da offensichtlich Menschen aller Kulturen zu allen Zeiten sich so etwas wie theoretische Modelle Moore Anderson bezeichnen die se als folk models ihrer Realit t zurechtgelegt haben Diese Modelle fungieren als Steuerinstanzen des Verhaltens Sie umfassen vier Hauptbe reiche 1 Mensch und Natur 2 Mensch und Zufall oder unvorhersehbare 9 Vgl beispielsweise das Computerspiel Myst Br derbund Software and Cyan in dem Benutzerinnen und Benutzer in eine stimmungsvolle Phantasiewelt entf hrt werden oder auch das Simulationsspiel The Incredible Machine mit dem auf anregende Weise un glaubliche Maschinen konstruiert werden k nnen 40 Aspekte der Erfahrung 3 Mensch und Muster der Interaktion mit anderen Menschen 4 Mensch und sthetisch normative Aspekte des Lebens in Gruppen Diese Modellkategorien stellen auch die Konstruktionsprin zipien moderner Planspiele und Simulatoren Simulatoren als nachgeahmte Realit t sind somit Spiegelbilder der konstruierten Wirklichkeit die wir selbst im Kopfe haben Dieterich 1994 S 213 George Herbert Mead 1934 hat gezeigt da Spielzeug und Spiel f r die Entwicklung der Pers nlichkeitsstruktur in der Kindheit von gr ter Bedeutung sind Kinder konstruieren in Rollenspielen soziale Realit t und erlernen auch emphatisch den Umgang mit neu
351. uerung und Pro grammierung eines Schnittstellenbausteines in allen wesentlichen Funktio nen zu simulieren 2 1 Didaktische Aspekte Lern und Erkenntnisproze Insbesondere in der Computertechnik sind technische Zusammenh nge sehr komplex und damit wenig anschaulich Die Vorg nge in einem Rech nersystem laufen extrem schnell und im Verborgenen ab und verschlie en sich so einer direkten Betrachtung Geeignete Veranschaulichungen lassen sich nur sehr schwer in der Regel berhaupt nicht auf der Basis eines Realsystems finden Dar ber hinaus treten beim Einsatz von Realsy stemen h ufig Probleme auf die mit dem eigentlichen momentan ange strebten Lernziel nichts zu tun haben aber die Funktion des Systems be eintr chtigen Zum Beispiel kann die Untersuchung eines bestimmten Z hlers in der Digitaltechnik nur erfolgen wenn mit einem erheblichen Der Koll Eblinger hat vom Aug 95 bis Aug 96 u der Koll Gr ger von Sept 92 bis Juli 95 im Projekt HYSIM mitgearbeitet 187 Zeitaufwand eine komplexe Schaltung fehlerfrei aufgebaut wurde Schleicht sich nur ein kleiner Schaltungsfehler ein so mu unter Umst n den ein gro er Teil der Unterrichtszeit zur Fehlersuche verwendet werden F r das angestrebte Lernziel der Stunde bleibt dann nur noch wenig oder gar keine Zeit F r derartige Lerngegenst nde bietet sich eine Simulation auf einem PC geradezu an In der Simulation k nnen Situationen Bedin gungen und Eingriff
352. um die Frage gef hrt haben Simulator Modellmaschine oder Realmaschine und die zu Produkten wie der offenen Modellfr smaschine mit Simulationsanbindung vgl Bruns 1983 oder dem didaktisch orientierten CNC Umr stsatz f r konventionelle Werkzeugmaschinen vgl Frede Hoppe 1995 anregte 285 Abb 1 11 Systemspezifikation durch gegenst ndliches Vormachen 286 oaee o Model Gesture Calibrate Yiewpoint Rendering Gestoppt 9 96 s 10 50 37 Copyright 1995 Institut f r Roboterforschung Dortmund Abb 1 13 Generierung symbolischer Steuerungsprogramme und deren Test am Simulator 287 1 3 SchluBbetrachtung Die wissenschaftliche Erkenntnis im Sinne einer Theoriebildung zum di daktischen Medium HyperSimulation konnte im Modellversuch erheblich ausgebaut werden Wir erhielten empirische Ergebnisse zu folgenden Fra gen didaktische Wirksamkeit von Hypermedien Integration von Hyper media und Simulation M glichkeiten und Grenzen der Gestaltung von hy permedialer Software Antworten zu Fragen der Kombination von Realsy stemen und Simulatoren Ein konzeptuell entfaltetes und empirisch ber pr ftes Mehrebenen Konzept modelltheoretische u lernpsychologische Aspekte der Mehrebenensimulation wurde nur in Ans tzen dargestellt Eine Auseinandersetzung mit hnlichen Konzepten vgl z B Fishwick 1995 soll in weiteren Arbeiten vertieft werden Die Fehlversuche Expe rimente Erfahrungen die gemacht wurden sind
353. und der st ndigen Ver n derungen im Bereich digitaler Medien nicht m glich sein wird in dem hier zur Diskussion stehenden Bereich detaillierte Curricula f r die Lehreraus Lehrerfort bzw Lehrerweiterbildung festzuschreiben Die Frage nach sinnvollen Zielen Inhalten und Methoden bei der st ndig sich ver ndern den technologischen Entwicklung mu deshalb fortlaufend neu gestellt werden Dies ist seit dem massiven Eindringen der Informationstechnik in die berufliche Bildung kein Novum und bestimmt seit einigen Jahren die curriculare Arbeit in diesen Bereichen Unter Ber cksichtigung dieser Rahmenbedingung sind f r die Gewinnung von Gestaltungskriterien f r eine curriculare Konzeption u E folgende Faktoren bedeutsam 1 Berufliche Relevanz 2 Ver nderung gesellschaftlicher Wirklichkeit 3 Brennpunkte und Ergebnisse wissenschaftlicher Forschung W hrend der erste und zweite Faktor f r Berufsp dagogen naheliegend ist und bei der Curriculumentwicklung in der Regel Ber cksichtigung findet ist es oft nicht m glich aktuelle Forschungen in der Weise zu reflektieren da neue Ergebnisse und m gliche praktische Umsetzungen momentaner Forschungen immer in angemessenem Rahmen in curriculare Umsetzun gen einflie en k nnen Die Synchronisierung von wissenschaftlichem Fortschritt und Lehrerqualifikation kann deshalb nur in einem sich st ndig wiederholenden Proze von Curriculumrevision und Lehrerqualifikation gelingen Dazu bedarf es
354. ung ihrer Lernprozesse mitgeteilt wird und so ver sucht werden kann sie ebenfalls zu einer kritischen Selbstreflexion zu f h ren Die formative Evaluation beinhaltet dar ber hinaus die Aufgabe gemein sam mit der Projektgruppe zu pr zisieren welche Informationen Relevanz besitzen und wie diese Informationen allen Beteiligten angemessen zu 102 g nglich gemacht werden k nnen Dabei sind folgende Kriterien zu be r cksichtigen e die im Rahmen der Projektevaluation erhobenen Daten sollten vor rangig allen am Projekt Beteiligten von Nutzen sein e die Beschreibung und Bewertung von Informationen sollte gleichzei tig den Projektmitarbeiterinnen und mitarbeitern neue Lernm glich keiten er ffnen e evaluationsrelevante Informationen sollten sowohl unmittelbar in der Erhebungssitutation als auch langfristig f r zuk nftige Aktivit ten verwertbar sein Wie zum Anfang dieses Kapitels dargestellt dient eine Evaluation immer auch der Au endarstellung und der Rechtfertigung eines Vorhabens ge gen ber externen Stellen Die dargestellten Merkmale einer proze beglei tenden formativen Evaluation machen aber auch deutlich da mit einem solchen von uns favorisierten Konzept auch immer Elemente einer Selbstevaluation verbunden sind Diese kann und soll es allen Projektmit arbeiterinnen und mitarbeitern erleichtern eigenes Tun zu diskutieren zu bewerten gegebenenfalls in Frage zu stellen und die gewonnenen Er kenntnisse zu
355. ungsanleitung die den Lerngruppen ein weitge hend selbst ndiges Erarbeiten der einzelnen Bedienungsschritte er m glicht e ein Hypertext mit Abbildungen und sonstigen Informationen zu allen wichtigen Gebieten der Vakuumtechnik Pumpen Me ger te und Ge setzm igkeiten Man kann alle drei Teile entsprechend den jeweiligen konzeptionellen Vorgaben durcharbeiten Es ist aber auch m glich mit Hilfe von Men s Auswahlfeldern und F hrungsw rtern sich die Informationen nach Bedarf und in beliebiger Reihe abzurufen 223 Abb 6 1 Hochvakuumpumpstand 4 Yakuumtechnik Bel Schema des Pumpenstandes a u H KA Da 2 9 Elektromagnetisches Ventil 3 1 Zweistufige Drehschieberpumpe 6 Vakuummeter Thermotron1 ay I Abb 6 2 Simulationssystem Vakuumtechnik 224 6 1 Didaktische Aspekte Durch den Einsatz des Lern und Simulationssystems sollte die praktische Ausbildung an einem Hochvakuumpumpenstand und die Erarbeitung von Kenntnissen in der Vakuumtechnik verbessert werden Es war also nicht geplant eine Simulation anstelle eines aufwendigen und teueren Versuchs bzw technischen Ger tes zu setzen sondern es sollte mit Hilfe des Simu lationssystems eine sehr spezielle Unterrichtseinheit sch lergerechter ge staltet werden Der bisherige Unterricht war sehr stark lehrerzentriert da eine Vielzahl von Fakten vermittelt werden mu te die meist nur in wenig zug nglicher und speziel
356. ur rather than being articulated through a verbal description which only tells about the behaviour and c the student has complete control over the solution path Laurillard 1987 Borsook und Higgenbotham Wheat 1991 verweisen darauf da rech nerbasierte Simulationen im Vergleich zu anderer Software die h chste Interaktivit t erm glichen It allows a level of interactivity not rivaled by many other types of computer software S 16 Durch diese neuen Inter aktionsm glichkeiten er ffnet sich wie Schulmeister hervorhebt ein rela tiv freier Umgang mit Programmen in dessen Verlauf inh rente Pro grammfunktionen entdeckt und quasi w hrend der Interaktion gelernt werden Schulmeister 1989 S 25 Dutke 1994 betont da das Lernen durch eigenst ndiges Handeln am System im Sinne einer Systemexploration f r den Aufbau mentaler Mo delle bedeutsam ist und entsprechend lernf rderliche Momente enth lt Dutke 1994 S 146 F r Bruner 1973 der das Prinzip des entdeckenden Lernens Anfang der 60er Jahre wieder aufgegriffen hat ergibt sich Kompetenz und Wissen nicht quasi automatisch aus der Wissensstruktur von Lerninhalten sondern wesentlich aus der Methode des Erwerbs Die Methode daf r bezeichnet er als guided discovery learning gelenktes Entdeckungslernen Die Ein 37 bung in die heuristischen Methoden der Entdeckung soll dabei im Mittel punkt des Unterrichts stehen je mehr man ge bt ist um so eher w
357. utiert 104 und anschlie end unsere Sichtweise von Lernsoftware Evaluation be schrieben werden Kriterienkataloge und standardisierte Frageb gen Unter den vielen Bewertungsverfahren sind im Umfeld des rechnerge st tzten Lernens insbesondere Kriterienkataloge in Form von Pr f und Checklisten verbreitet In der Regel sch tzen Landes Medienstellen Leh rerfortbildungsinstitute Bildungsministerien und sonstige p dagogische Beratungsstellen Kriterienkataloge als ein leicht und schnell handhabbares Mittel um p dagogisch ungeeignete von p dagogisch geeigneter Lernsoftware unterscheiden zu k nnen Dar ber hinaus finden Kriterien kataloge auch als Orientierungshilfe bei Lehrkr ften die in ihrem Unter richt Lernsoftware einsetzen m chten Zustimmung Baumgartner 1995 f hrt die Beliebtheit von Kriterienkatalogen auf folgende Gr nde zur ck e Billig Das Verfahren ist kosteng nstig Es gen gt eine fachkundige Person eine Programmkopie und eine Hardwareausstattung auf der die Software mit all ihren Attributen Grafik Farbe Ton etc lauff hig ist e Einfache Organisation Durch die Trennung der Lernsoftware von ih rem realen Einsatzgebiet dem Lehrgeschehen kann die Bewertung durch zentrale speziell daf r geschaffene Organisationen erfolgen e Vordergr ndig methodisch sauber Durch die schrittweise immer gleiche Abarbeitung umfangreicher Kriterienlisten erscheint das Ver fahren objektiv methodisch sauber S
358. vierter als im Theorieunterricht Dennoch konnte ein gesteigertes Interesse f r die Simulation nicht nur w hrend der demonstrativen Einf hrungsphase sondern auch in den Phasen des prakti schen Schaltungsaufbaus festgestellt werden wo die Sch ler rege von dem Angebot Gebrauch machten die Software auszuprobieren Bedingt durch nur einen vorhandenen Rechner vergl Lernorganisation entstand hier meistens ein Engpa da bei sechs Gruppen zu je zwei Sch lern f r jede Gruppe der Rechner zeitlich nur beschr nkt zur Verf gung stand Diese Tatsache wirkt eher demotivierend und sollte durch ein bis zwei zus tzli che Rechner verbessert werden 206 Handlungsaspekt Hier gilt durch den erg nzenden Einsatz der Software im Laborunterricht die eingangs gemachte Feststellung da der Unterricht von vornherein auf Handlungsorientierung ausgelegt ist Eine Verbesserung der vorherigen Situation ist aber dadurch gegeben da die Sch ler sich bei Bedarf durch die Simulation erg nzende Informationen ber Aufbau und Funktion der Schaltung holen k nnen Eigene Planungsaktivit ten der Sch ler werden durch das Programm derzeit nicht besonders unterst tzt da nur eine Schaltung wenn auch in zwei Varianten zur Verf gung steht Bedingt durch die prozentual zum Gesamtunterricht knappen Laborzeiten und deren starre Einbindung in das Korsett der Stundentafel ist selbstbe stimmtes Lernen bei individuellem Arbeitstempo illusorisch Aber auch bei entsp
359. von Simu lationen In Willim B Hrsg Designer im Bereich Animation und Cyberspace Berlin 165 Dieter Miiller F Wilhelm Bruns 7 Prototyp eines hypermediabasierten Mehrebenen simulators Eine Grundidee des Modellversuches HYSIM bestand darin unterschiedli che Simulationsmodule mit Hilfe von Hypermedia zu einem mehrperspek tivischen Mehrebenensimulationssystem zu verkn pfen Dabei gehen wir davon aus da durch die Kombination von Simulation mit Hypermedien rechnergest tzte Lernumgebungen realisiert werden k nnen die besondere lernf rderliche Merkmale aufweisen Die konzeptionelle Basis eines sol chen hypermediagest tzten Mehrebenensimulators haben wir an anderer Stelle ausf hrlich erl utert vgl Kap II Die im folgenden beschriebenen Studien beinhalten die ersten prototypischen Untersuchungen 7 1 Prototypische Untersuchungen Aufbauend auf dem Konzept der Mehrebenensimulation wurde ein Szena rio f r eine Modellfabrik entworfen in der elementare Strukturen einer Pumpenfabrik abgebildet sind In Erweiterung herk mmlicher Modell szenarien sollte dieses System die M glichkeit er ffnen unterschiedliche Problemstellungen aus dem Konstruktions Fertigungs und Instandhal tungsbereich unter unterschiedlichen Perspektiven und auf verschiedenen Abstraktionsebenen bearbeiten zu k nnen Aus didaktisch pragmatischen Gesichtspunkten entschieden wir uns exem plarisch f r ein betriebliches Modell in dem die Herstel
360. wareentwicklungen wurden wie an anderer Stelle ausf hrlich be schrieben mit einem Hypermedia Entwicklungssysteme realisiert vgl Kap IV u VD Nach entsprechenden Fortbildungsma nahmen vgl Kap V wurden von den teilnehmenden Kollegen erste berlegungen zur Reali sierung angestellt Nachdem Problembereiche identifiziert waren f r die eine Eigenentwicklung von Lernsoftware p dagogisch sinnvoll und reali sierbar erschien wurde mit den einzelnen Vorhaben begonnen und es konnten auf diese Weise zahlreiche hypermediabasierte Simulationssyste me realisiert werden Einzelne Erfahrungen bei und aus der Entwicklung haben wir an verschiedenen Stellen in diesem Abschlu bericht beschrieben vgl Kap IV u VI Folgende Aspekte verdienen einer genaueren Be trachtung und k nnen als eine Orientierungshilfe f r zuk nftige Vorhaben im Bereich der Entwicklung multi und hypermedialer Lernumgebungen angesehen werden e Prototypenentwicklung e Objektorientierung 257 e Adaptierbarkeit der Anwendungen e Portabilit t e Entwicklungsaufwand Prototypenentwicklung Insgesamt l t sich feststellen da die uns bekannten Hypermediasysteme f r die Prototypenentwicklung auch unter Einbeziehung der sp teren Be nutzer sehr gut geeignet sind Wird ein solcher Programmentwurf jedoch weiter ausgebaut so ist zu vermuten da sich bei gr eren Projekten der Zeitvorteil gegen ber herk mmlichen Programmierwerkzeugen deutlich verri
361. waremodule in eine homogene hypermediale Lernumgebung f hr ten zu Verz gerungen Unter wissenschaftlichen Gesichtspunkten war die Reflexion ber die di daktischen M glichkeiten eines Mehrebenensimulators auf der Basis der 169 schon entstandenen Module allerdings u erst wichtig und ertragreich f r Erkenntnisfortschritte im Modellversuch Aufgrund der hier gewonnen Er fahrungen war es m glich Elemente der Mehrebenensimulation in einzel ne Lernprogramme die von den im Modellversuch mitarbeitenden Lehr kr ften selbst entwickelt und unterrichtlich erprobt wurden zu integrieren Die durchgef hrten Studien haben gezeigt da das Konzept der Mehr ebenensimulation eine wichtige Weiterentwicklung innerhalb der Simula tionstechnik darstellt allerdings nicht nur aus einer informationstechni schen sondern insbesondere auch aus einer didaktischen Perspektive Die Integration verschiedener Modellkomponenten in homogenene Umgebun gen in der hier vorgestellten oder einer hnlichen Form ist zur Zeit Gegen stand intensiver Forschungen im Bereich der Systemtechnik bzw Infor matik vgl z B den Ansatz des Multimodeling bei Fishwick 1995 Das didaktische Potential eines solchen Konzeptes ist allerdings bisher prak tisch nicht erforscht worden Insbesondere ist nicht evaluiert worden ob mit Hilfe solcher Lernumgebungen lernf rderliche Wirkungen verbunden sind wovon wir allerdings aufgrund unserer Studien die einen ersten Schritt
362. wechselseitigem Austausch Kenntnisse und Fertigkeiten erwerben Eine solche Form des Lernens um fa t eine Vielzahl gemeinsamer Aktivit ten Ziele definieren L sungswe 12 Vgl auch das Projekt COALA Computerunterst tztes arbeitsplatznahes Lernen f r An und Ungelernte Schmidt 1993 71 ge planen Alternativen diskutieren Hypothesen formulieren bewerten und berpr fen usw Als Vorteile kooperativen Lernens k nnen folgende Punkte gesehen werden e Steigerung der Lernmotivation durch eine h here Involviertheit der Lernenden e Bestimmte soziale Kompetenzen und Fertigkeiten wie z B Kommu nikationsf higkeit K nnen nur in der Gruppe gelernt werden Es zeigt sich allerdings da sich diese Vorteile nicht von selbst einstellen sondern da es gewisser Rahmenbedingungen bedarf vgl hierzu Cohen 1994 F r die hier zu er rternde Problematik ist es bedeutsam zu fragen inwieweit durch den Einsatz rechnergest tzter Hilfsmittel wie beispiels weise Hypermedia kooperative Lernprozesse unterst tzt werden k nnen Schulmeister 1996 S 261 vermutet da sich Hypermedia Systeme be sonders f r kooperatives Lernen anbieten da sie speziell f r die Pr senta tion diskursiver Inhalte geeignet seien hnlich argumentiert Tergin 1995 wenn er schreibt Hypertext Hypermedia Systeme haben aufgrund der spezifischen Form der Wissensrepr sentation aufgrund der prinzipiel len Ver nderbarkeit von Elementen der Datenbasis b
363. wierig ist die Implementierung von Hypermediaanwendungen bei denen der Benutzer selbst Anpassungen und nderungen vornehmen kann ohne da er einschl gige Programmierkenntnisse besitzt Wird ein solches Konzept dennoch angestrebt ist der Entwickler gezwun gen eine Anzahl verschiedener Programmzust nde zu antizipieren Diese f hren aber letztendlich dazu da sich Hypermedia Applika tionen so aufbl hen da die bersicht bei der Entwicklung verloren gehen kann Nach unseren Erfahrungen liegt genau hier ein zentrales Problem Dar ber hinaus existieren Kaum ad quate Hilfsmittel mit denen es in einem Softwareentwicklungsteam m glich ist effektiv Software zu entwickeln Portabilit t Die Portierung eines hypermediabasierten Programms auf unterschiedliche Soft und Hardware Umgebungen oder auf andere Autorensysteme sollte m glichst mit einem vertretbaren Aufwand durchgef hrt werden k nnen Das setzt einerseits voraus da die Implementation mit Hilfe von Pro grammiersprachen erfolgt die es erlauben Programmkonstrukte maschi nen und systemunabh ngig zu beschreiben Andererseits mu die jeweili ge Implementationssprache auf allgemeing ltigen Normungen bzw Sprachbeschreibungen basieren und diese auch exakt einhalten Weiterhin m ssen diese Sprachen auf den jeweiligen Rechnerplattformen verf gbar sein oder es m ssen entsprechende Konvertierungstools existieren Hy 260 permedia Autorensysteme wie ToolBook oder Hypercard
364. z im Hochschulunterricht Beitr ge zu einer Hochschuldidaktik des Computereinsatzes in der Lehre Ammersbek b Hamburg Schulz H D 1992 Handlungslernen in der beruflichen Bildung Dar stellung eines Lernkonzepts und berpr fung an ausgew hlten Bei 53 spielen betrieblicher Berufsbildung Diss phil Universit t Bremen Bremen Snyder T Palmer J 1986 In Search of the Most Amaizing Thing Children Education and Computers Reading MA Zit in Daldrup 1987 S ltenfu G 1983 Grundlagen handlungsorientierten Lernens Darge stellt an einer didaktischen Konzeption des Lernens im Simulations b ro Bad Heilbrunn Obb Stachowiak H 1973 Allgemeine Modelltheorie Wien New York 1973 Stachowiak H 1982 Modelle und Kunst In Zeitschrift f r Kunstp d agogik 1982 5 S 51 53 Stachowiak H Hrsg 1983 Modelle Konstruktion der Wirklichkeit M nchen 1983 Stachowiak H Hrsg 1980 Modell und Modelldenken im Unterricht Anwendungen der Allgemeinen Modelltheorie auf die Unter richtspraxis Bad Heilbrunn Obb Thorndike E L 1924 Mental Discipline in High School Studies In J educ Psychol 15 1924 S 1 22 und S 83 98 Zit in Dieterich 1994 Vester F 1984 Neuland des Denkens Vom technokratischen zum ky bernetischen Zeitalter Stuttgart Vonessen F 1976 Der Mensch und das Spiel in der verplanten Welt hrsg von der Bayrischen Akademie der Sch nen K nste DTV 1976 S 24
365. zierende Netzwerke zu erkl ren versuchen Relativ erfolgreich ist der Konnektionismus bei dem Versuch maschinelles Lernen mit Hilfe adapti ver neuronaler Netzen auf Rechnern zu implementieren um Aufgaben wie z B visuelles Erkennen Spracherkennung Handschrifterkennung Lesen und andere sensorische Inputs zu realisieren Konnektionistische Modelle besitzen eine strukturelle N he zu selbstorganisierenden biologischen Sy stemen Varela 1990 Allerdings ist die Korrespondenzthese und die Annahme der kognitiven Plausibilit t von Hypermedien nicht unumstritten Die Hypothese der ko gnitiven Plausibilit t von Hypertext unterstellt da die Strukturgleichheit von Text und Denken urs chlich f r den kognitiven Lernerfolg verant wortlich ist Schulmeister 1996 S 247 Dar ber hinaus basiert die Kor respondenzthese auf der Annahme da Wissen im Ged chtnis wie in Netzen gespeichert werden kann Schulmeister 1996 S 247 Andere Autoren konstatieren ferner da die Reichhaltigkeit der semantischen Be ziehungen zwischen Wissensinhalten in kognitiven Strukturen die sich insbesondere durch vielf ltige individuelle Lebens Erfahrungen ergeben den in Hypertextbasen repr sentierten Informationen nicht entsprechen vgl Shneiderman Kearsley 1989 Grunds tzlich ist dieser Kritik zuzustimmen Dennoch ist zu vermuten da in didaktisch gestalteten Hypermedien die Form der Repr sentation von Informationen und die zwischen ihnen bestehe
366. zit t oder die dokumentarische Dimension einer Sache bedeutsam ist Um zu untersuchen wie die technischen Einbindungsm glichkeiten von Videosequenzen in hypertextbasierte Anwendungen zu realisieren sind haben wir eine Sequenz von Videobildern von Fertigungsprozessen Dre hen und Fr sen aufgenommen digitalisiert und exemplarisch in einen Hy pertext integriert Cnci avi W Test2 avi Abb 6 8 Videosequenzen von Zerspanungsprozessen 6 7 Ergebnisse Die prototypischen Studien zur Animation und Videoeinbindung lassen den Schlu zu da mit einem vertretbaren Aufwand Animationen oder kleine Videosequenzen in Hypermedia Anwendungen eingebunden wer den k nnen Damit ergeben sich insbesondere f r komplexere Sachverhalte wichtige Gestaltungsm glichkeiten weil viele Gegenst nde mit Standbil dern nur unzul nglich dargestellt werden k nnen Man denke an die hier 163 beschriebenen Beispiele prozessualer Abl ufe oder allgemein an dynami sche Szenarien und Simulationen im technisch naturwissenschaftlichen Bereich Dennoch gilt es einige wichtige Einschr nkungen zu machen Obwohl die Softwarewerkzeuge f r Personalcomputer inzwischen relativ preisg nstig und leicht zu bedienen sind bleibt die Entwicklung technisch aufwendiger Animationen wie man sie z B in heutigen Computerspielen findet Ex perten mit spezialisierter Hard und Software vorbehalten F r kleinere Animationsarbeiten im Bereich der Lernsoftware
367. zur Didaktik der Lehrerfortbildung Wegen des eindeutig innovativen Charakters des hier zu entwickelnden Curriculums ergeben sich allerdings Probleme die es notwendig machen ber die Grenzen und M glichkeiten der Lehrerfortbildung im Vergleich zur Lehrerweiterbildung nachzudenken Mit anderen Worten den p dago gischen Herausforderungen die durch neue Technologien wie z B Hy pertext Hypermedia und Multimedia an P dagogen gestellt werden l t sich u E nur bedingt durch traditionelle Fortbildungskonzepte angemes sen begegnen Um dies deutlich zu machen sei zun chst auf die im Lande Bremen geltenden Ziele von Lehrerfortbildung in Abgrenzung von denen der Lehrerweiterbildung hingewiesen die in den entsprechenden Ord nungsmitteln formal festgelegt sind Die wissenschaftliche Fortbildung der Lehrer dient der Sicherung der er worbenen Qualifikation Die Fortbildung soll den Lehrer mit dem neuesten Stand der f r die Berufspraxis erforderlichen Wissenschaften vertraut ma chen Bremisches Lehrerausbildungsgesetz 11 1 2 Lehrerweiterbildung dagegen ist die wissenschaftliche Weiterbildung der Lehrer sie dient der Ver nderung der erworbenen Qualifikationen im Rahmen des einheitlichen Lehramtes Die Weiterbildung erm glicht dem Lehrer den zus tzlichen Erwerb einer Qualifikation Bremisches Lehrerausbildungsgesetz 12 1 2 265 Hieraus gehen deutlich die Intentionen der Lehrerfortbildung hervor Leh rerfor

Abschlußbericht zum Modellversuch - artecLab

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